Z型异质结LaFeO3 /HAP光催化膜协同过一硫酸盐高效降解氧氟沙星与污染物分离研究

针对抗生素废水难降解、传统处理技术效率低的问题，研究人员通过构建Z型异质结LaFeO3 /HAP（0.7FH）光催化膜，结合过一硫酸盐（PMS）活化技术，实现了氧氟沙星（OFX）86.8%的高效降解及污染物分离（通量达2653.9 L·m?2 h?1 bar?1 ）。该技术兼具稳定性（5次循环后效率仍达76.8%）与低金属溶出特性，为抗生素废水处理提供了绿色高效的解决方案。

　　

抗生素滥用导致的水体污染已成为全球性环境问题。氧氟沙星（OFX）作为典型氟喹诺酮类抗生素，在自然环境中难降解，地下水中检出浓度高达31.7 μg/L，严重威胁饮用水安全。传统物理化学处理方法如吸附、臭氧氧化等存在效率低、能耗高的缺陷，而分散型光催化剂又面临回收困难的瓶颈。如何实现抗生素的高效降解与催化剂循环利用，成为环境治理领域的重大挑战。

针对这一难题，西南石油大学的研究团队创新性地将膜分离技术与光催化技术结合，设计出Z型异质结LaFeO₃
/羟基磷灰石（HAP）复合光催化膜系统。该研究通过铁掺杂HAP（FH）与镧缺陷型LaFeO₃
（0.7LFO）的协同作用，显著提升过一硫酸盐（PMS）活化效率，60分钟内实现OFX降解率86.8%，较单一组分提升1.3-1.6倍。相关成果发表于《Applied Surface Science》，为抗生素废水处理提供了新思路。

研究团队采用水热-煅烧法制备镧缺陷型0.7LFO，通过离子掺杂获得铁修饰HAP（FH），并利用真空抽滤技术构建0.7FH光催化膜。通过X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）等表征手段确认材料结构，结合液相色谱-质谱（LC-MS）解析降解路径。系统考察了pH值、无机盐干扰等环境因素对降解效率的影响，并评估了膜通量、截留率等分离性能指标。

材料表征
XRD分析显示0.7LFO与FH成功复合，Z型异质结的形成通过紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）和莫特-肖特基测试（M-S）证实。XPS表明Fe²⁺
/Fe³⁺
氧化还原对的存在，为PMS活化提供活性位点。

光催化性能
在可见光/PMS体系中，0.7FH膜对OFX的降解动力学常数达0.027 min^?1
，较单独0.7LFO提升2.3倍。自由基捕获实验证实SO₄
^·?
和·OH是主要活性物种，Z型异质结促进载流子分离，使电子转移效率提升3.1倍。

膜分离性能
0.7FH膜对四环素（TC）和OFX的截留率分别达82.4%和85.0%，纯水通量保持2388.6-2653.9 L·m^?2
h^?1
bar^?1
。连续运行5次后降解率仅下降10%，铁离子溶出浓度低于0.15 mg/L，符合饮用水标准。

降解机制
LC-MS鉴定出7种中间产物，主要通过哌嗪环裂解、脱氟反应和喹诺酮核氧化三条路径降解。毒性评估显示90%中间产物无毒，矿化率稳定在68.3%。

该研究通过构建Z型异质结光催化膜，巧妙解决了传统光催化剂回收困难与PMS活化效率低的双重难题。材料中镧缺陷与铁掺杂的协同设计，不仅拓宽了可见光响应范围（吸收边红移42 nm），还通过Fe²⁺
/Fe³⁺
循环实现PMS持续活化。相较于同类研究，该系统在弱碱性条件下仍保持高效（pH=9时降解率>80%），更具实际应用价值。

研究团队特别指出，0.7FH膜的制备工艺简单、成本低廉，其模块化设计便于规模化应用。该技术为抗生素废水处理提供了"降解-分离"一体化解决方案，对保护水资源安全和生态环境具有重要意义。未来可通过优化膜孔径分布和表面电荷特性，进一步提升对特定抗生素的选择性去除能力。