臭氧微纳米气泡高效降解磺胺嘧啶的机制研究：气体流速对降解效能及活性氧物种调控的影响

针对磺胺嘧啶（SD）环境污染难题，研究人员通过臭氧微纳米气泡（O3-MNBs）技术系统探究气体流速对气泡特性及降解效率的影响。研究发现500?mL/min流速下SD可在20分钟内完全降解，反应速率达传统臭氧氧化的5.5倍，并揭示1O2为主导活性氧物种。该研究为抗生素废水高效净化提供新策略，推动O3-MNBs技术工程化应用。

　　

磺胺嘧啶（SD）作为广泛使用的磺胺类抗生素，在环境中持续累积并诱发抗生素耐药基因传播，其传统处理方法面临臭氧溶解度低、矿化不完全等瓶颈。臭氧微纳米气泡（O₃-MNBs）技术凭借超大比表面积和自加压溶解特性，为破解这一难题带来曙光。河北地质实验测试中心等单位的研究人员通过调控气体流速这一关键参数，揭示了O₃-MNBs高效降解SD的分子机制，成果发表于《Separation and Purification Technology》。

研究采用电子顺磁共振（EPR）和自由基猝灭实验鉴定活性氧物种，结合UV-vis光谱与密度泛函理论（DFT）计算分析SD电子结构，并通过LC-MS鉴定25种中间产物。

主要研究结果

1. 气泡特性与流速关系：气体流速提升至500?mL/min时，O₃-MNBs数量浓度增加且气泡尺寸缩小至200?nm以下，zeta电位绝对值增大，稳定性增强。
2. 降解效率对比：O₃-MNBs系统降解SD的速率常数达传统臭氧氧化的5.5倍，20分钟内实现50?mg/L SD完全去除。
3. 活性氧物种贡献：EPR检测到·OH、·O₂^–和¹O₂三种ROS，其中¹O₂对SD降解贡献率超60%。
4. 分子结构敏感性：DFT计算显示SD的苯环比嘧啶杂环更易被攻击，与LC-MS检测到的开环中间产物相互印证。

结论与意义
该研究阐明气体流速通过调控O₃-MNBs界面行为影响ROS生成效率，首次证实¹O₂在SD降解中的主导作用。提出的5条降解途径为同类抗生素处理提供理论范式，推动O₃-MNBs技术从实验室走向工程应用，对遏制环境抗生素污染及ARGs扩散具有重要实践价值。