污泥中天然生物光敏剂：胞外聚合物(EPS)驱动过硫酸盐活化实现抗生素可持续降解

针对污水处理厂中抗生素在活性污泥中的累积问题，研究人员创新性地利用污泥来源的胞外聚合物(EPS)光敏特性激活过硫酸盐(PDS)，开发了一种绿色高效的抗生素降解策略。通过分子光谱、电化学及理论计算发现，富含类富里酸物质的S-EPS因芳香性和π共轭结构优势显著提升PDS活化效率，证实三重态激发态(3EPS*)通过电子转移途径生成1O2等活性物种主导四环素降解。该研究为污泥资源化与低碳水处理提供了新范式。

　　

抗生素在现代医疗和农业中的广泛应用已导致其在环境中的持续累积。据统计，全球每日消耗抗生素高达420亿剂次，其中50%-90%以原形通过排泄物进入水体。污水处理厂(WWTPs)作为抗生素的重要汇集点，却因传统工艺的局限性难以有效去除这类污染物。更严峻的是，吸附在污泥胞外聚合物(EPS)中的抗生素不仅抑制微生物活性，还会诱发抗生素抗性基因(ARGs)的传播，形成"隐形健康威胁"。面对这一挑战，如何将污泥这一"污染载体"转化为"治理工具"，成为环境领域亟待突破的科学命题。

来自中国研究团队在《Journal of Cleaner Production》发表的研究，首次系统揭示了污泥EPS作为天然光敏剂激活过硫酸盐(PDS)降解抗生素的分子机制。研究人员采用分级提取获得可溶性EPS(S-EPS)、松散结合EPS(LB-EPS)和紧密结合EPS(TB-EPS)，结合紫外-可见光谱、傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR-MS)和瞬态光电化学分析等技术，解析了不同EPS组分的结构-活性关系。通过淬灭实验和电子顺磁共振(EPR)明确了活性氧物种(ROS)的生成路径，并采用时间依赖密度泛函理论(TD-DFT)计算阐明了电子转移机制。

PDS mediated antibiotics dissipation in sludge EPS solutions under light exposure
光照条件下，S-EPS/PDS体系对四环素(TC)的降解效率达LB-EPS和TB-EPS体系的2.1-3.8倍。动力学分析显示，仅光照或PDS单独存在时TC降解率不足15%，而S-EPS介导的光活化体系在60分钟内去除率达91.3%。分子光谱表征揭示S-EPS富含木质素/羧基-脂环族分子(CRAM)结构，其芳香度指数(I₃₅₀)比LB-EPS高37.5%，促进π-π电子跃迁形成长寿命三重态(³EPS，半衰期8.7μs)。

Conclusions
研究证实S-EPS通过酚/醌基团介导的电子转移机制激活PDS，生成·OH、SO₄·^-、O₂·^-和¹O₂，其中¹O₂对TC降解贡献率达62.4%。电化学分析显示S-EPS的电子转移数(1.78 e^-)显著高于其他组分，与TD-DFT计算的最高占据分子轨道(HOMO)能级(-5.32 eV)结果吻合。该工作开创性地将污泥EPS转化为"类半导体"光催化剂，无需外源催化剂即可实现太阳光驱动的PDS活化，为WWTPs中抗生素的同步去除与污泥资源化提供了符合循环生物经济原则的技术路径。

这项研究的突破性在于：首次建立EPS分子特性-光化学活性-污染物降解效能的定量关系；揭示污泥中"被忽视的"有机质组分可作为高效天然光敏剂；开发出比传统TiO₂光催化更经济的绿色处理技术。随着全球对碳中和目标的追求，这种"以废治污"策略有望重塑污水处理厂的能源与物质流动模式，推动环境工程从"高耗能处理"向"资源循环"的范式转变。