MXene修饰BiFeO3的压电/光催化协同PDS活化体系高效降解抗生素研究

针对抗生素污染治理难题，研究人员通过构建MXene修饰的BiFeO3（MX-BFO）异质结，开发了新型压电/光催化协同过硫酸盐（PDS）活化体系。该体系在低PDS用量（1.0 mmol L?1）下30分钟内完全降解50 mg L?1四环素，突破传统Fenton法局限，并通过XPS、EPR等技术揭示了Fe2+/Fe3+氧化还原对与MXene协同增强活性氧（ROS）生成的机制，为环境修复提供高效绿色解决方案。

　　

研究背景
抗生素污染已成为全球水环境治理的痛点，传统处理方法面临效率低、二次污染等问题。虽然基于过硫酸盐（PDS）的高级氧化工艺（AOPs）能产生长寿命的硫酸根自由基（•SO₄^?），但传统热/碱活化方式能耗高且效率有限。与此同时，兼具压电与光催化特性的BiFeO₃（BFO）因电荷复合率高导致性能受限，而MXene材料的高导电性为改善这一瓶颈提供了新思路。

研究方法
浙江理工大学团队通过水热法制备MXene修饰BFO（MX-BFO）复合材料，结合超声（压电催化）和可见光（光催化）双重能量输入激活PDS。采用X射线衍射（XRD）和透射电镜（TEM）表征材料结构，通过电子顺磁共振（EPR）检测ROS，结合液相色谱-质谱（LC-MS）解析降解路径，并利用毒性预测软件和绿豆芽实验评估生态安全性。

研究结果

1. 材料特性：MX-BFO异质结使比表面积提升3倍，Fe²⁺/Fe³⁺氧化还原对与MXene表面活性位点协同促进PDS活化。
2. 降解性能：在pH 3-9范围内，MX-BFO/PDS体系对四环素（TC）的降解率均>95%，且抗阴离子干扰能力强。
3. 机制解析：EPR证实•OH、•SO₄^?和¹O₂共同作用，MXene加速电子转移使电荷分离效率提升2.8倍。
4. 实际应用：在河水/污水处理厂出水基质中仍保持80%以上降解率，5次循环后性能无显著下降。

结论与意义
该研究创新性地将MXene的导电优势与BFO的多功能特性结合，首次实现机械能-光能双驱动PDS活化。相较于传统Fenton法，该体系在近中性条件下实现高效降解，且避免了铁泥产生。通过毒性评估证实降解产物生态风险显著降低，为复杂水体抗生素治理提供了兼具经济效益与环境友好性的技术范式。论文发表于《Separation and Purification Technology》，为设计新型环境催化材料提供了理论指导。