氮掺杂铜铁负载生物炭高效光芬顿降解磺胺甲恶唑：经济合成、催化机制与环境应用

针对抗生素污染治理难题，研究人员创新性地利用废弃核桃青皮制备氮掺杂铜铁双金属负载生物炭（CuFe@BC），开发出高效光芬顿样高级氧化工艺（AOP）。该催化剂在可见光下30分钟内实现磺胺甲恶唑（SMX）92.25%和总有机碳（TOC）73.89%的去除率，通过Fe3+/Fe2+与Cu2+/Cu+协同氧化还原循环提升催化效率，为废弃物资源化与污染物治理提供双重解决方案。

　　

抗生素污染已成为威胁水生态安全和农业生产的重大环境问题。磺胺甲恶唑（SMX）等抗生素的持续释放导致微生物耐药性增强，传统芬顿技术存在pH适用范围窄、铁离子循环效率低等瓶颈。甘肃农业大学的研究团队独辟蹊径，将核桃加工废料——青皮转化为高性能催化剂，通过氮掺杂和铜铁双金属负载构建了新型光芬顿样催化体系，相关成果发表于《Chemosphere》。

研究采用浸渍-热解法合成CuFe@BC催化剂，通过SEM、XPS等技术表征材料结构，结合自由基捕获实验和液相色谱-质谱（LC-MS）分析降解路径，并评估了催化剂的循环稳定性。

Characterization
表征显示CuFe@BC-(1:1.5)的产率（13.09%）显著高于纯生物炭（5.4%），SEM证实铜铁氧化物高度分散于生物炭表面。XPS揭示Fe³⁺/Fe²⁺与Cu²⁺/Cu⁺的协同氧化还原循环是催化核心机制。

Conclusions
该研究实现了三重突破：① 以废弃物为原料经济合成催化剂，成本降低60%；② 中性条件下30分钟内SMX降解率超92%，TOC去除率达73.89%；③ 催化剂循环5次后效率仍保持90%以上。电子顺磁共振（EPR）证实•OH是主要活性物种，LC-MS解析出SMX通过磺胺键断裂和苯环羟基化两条降解路径。

这项研究开创了"以废治污"新范式：核桃青皮中的木质素和纤维素不仅作为碳源，其天然含氮特性还实现了催化剂自掺杂。铜铁双金属的电子协同效应将H₂O₂活化效率提升3.2倍，突破传统芬顿反应pH限制。该技术为农业废弃物高值化利用和水体抗生素治理提供了可规模化应用的解决方案，兼具环境效益与经济效益。