PET与APP共衍生P/N掺杂多孔碳纳米块体高效降解磺胺嘧啶的机制研究

为解决废塑料回收难题及水体抗生素污染问题，研究人员通过一锅法热解聚乙烯 terephthalate（PET）和 ammonium polyphosphate（APP）制备P/N共掺杂多孔碳纳米块体（PN/PCNs），用于活化过一硫酸盐（PMS）降解磺胺嘧啶（SDZ）。PN/PCN-550展现出91.95%降解效率及71.1%矿化率，ROS（O2•?、1O2、•OH）为主要活性物种，为废塑料高值化及水处理提供新策略。

　　

随着全球塑料污染问题日益严峻，如何实现废塑料的高值化利用成为环境科学领域的重要课题。聚乙烯 terephthalate（PET）作为最常见的塑料之一，其不可降解性导致严重的生态负担。与此同时，水体中抗生素残留引发的环境风险也备受关注，磺胺嘧啶（sulfadiazine, SDZ）等磺胺类药物因其持久性和生物累积性，传统处理方法难以有效去除。

针对这两大挑战，某大学的研究团队创新性地将废塑料转化与高级氧化技术相结合，通过一锅法热解PET和ammonium polyphosphate（APP），成功制备出磷/氮共掺杂多孔碳纳米块体（P/N-doped porous carbon nanobulks, PN/PCNs），用于活化过一硫酸盐（peroxymonosulfate, PMS）高效降解SDZ。该研究发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》，为废塑料资源化和水污染治理提供了双重解决方案。

研究团队采用扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）等技术表征材料特性，通过降解实验、猝灭实验和电子顺磁共振（EPR）分析反应机制。系统考察了温度、pH值、无机阴离子等因素对降解效率的影响，并评估了实际水体中的应用效果。

材料表征
SEM显示PN/PCN-550具有粗糙表面的块体结构，XPS证实其富含C=O、P-N和P-C键。比表面积和孔径分析表明550℃热解产物具有最优孔隙结构，为PMS活化提供充足活性位点。

降解性能
PN/PCN-550在30分钟内实现91.95%的SDZ降解率，矿化率达71.1%。对比实验显示其性能显著优于单一掺杂材料，证实P/N共掺杂的协同效应。体系在pH 3-9范围内保持高效，且对Cl^-、NO₃^-等阴离子具有强抗干扰能力。

机制解析
EPR和猝灭实验证实O₂•?、¹O₂和•OH是主要活性氧物种（ROS），而SO₄•?贡献较小。P/N掺杂不仅增强电子转移能力，还促进C=O基团与P/N位点的协同作用，优化PMS活化路径。

实际应用
在河水、湖水等真实水体中，PN/PCN-550仍保持80%以上的降解效率。五次循环实验后活性仅下降9.3%，显示良好稳定性。

该研究首次将废PET转化为高效PMS活化催化剂，阐明了P/N共掺杂碳材料的构效关系。其意义在于：1）开创废塑料"升级回收"新途径；2）为抗生素降解提供低成本催化剂；3）揭示非金属催化中P/N-C键的关键作用。liu xiang和Jiang Zhao等作者指出，该方法可扩展至其他废塑料处理，为环境修复与资源循环提供普适性策略。