森林生物质生物炭高效去除医院废水中美罗培南的环境应用研究

本研究针对医院废水中抗生素污染难题，开发了基于森林生物质生物炭的环境友好型处理技术。研究人员通过电化学合成法（Constant Current electrosynthesis）在非分隔电解池中，以Bu4NPF6为电解质，实现了2H-吲唑衍生物的高效制备，该技术具有原子经济性高、避免化学试剂使用的优势，为医疗废水治理提供了新思路。

　　

抗生素污染已成为全球水环境治理的棘手难题，特别是医院废水中残留的β-内酰胺类抗生素美罗培南（Meropenem），因其高水溶性和生物活性，传统处理方法往往收效甚微。这类药物通过促进细菌耐药基因传播，直接威胁生态系统和公共卫生安全。更令人担忧的是，现有处理技术普遍存在能耗高、二次污染风险大等问题，亟需开发绿色高效的新型解决方案。

研究人员创新性地将目光投向森林生物质资源，利用其制备的生物炭作为吸附-催化双功能材料。通过恒电流电化学合成技术（Constant Current electrosynthesis），在非分隔电解池中实现了2H-吲唑衍生物的高效制备。实验采用四丁基六氟磷酸盐（Bu₄NPF₆）作为支持电解质，在乙醇溶剂中使2-叠氮苯甲醛与苯胺发生N-N键偶联反应。这种方法摒弃了传统化学氧化剂，仅通过电能驱动即可完成清洁合成，展现出优异的原子经济性。

关键技术方法包括：1）生物炭的森林生物质热解制备；2）恒电流电化学合成系统构建；3）N-N键偶联反应条件优化；4）产物结构表征与性能测试。

【材料表征】

通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）证实生物炭表面富含含氧官能团，为美罗培南吸附提供活性位点。比表面积测试显示其具有发达的孔隙结构（>800 m²/g）。

【电化学性能】

循环伏安测试表明，Bu₄NPF₆电解质体系在0.8V处出现明显氧化峰，对应叠氮基团的电化学活化。控制电位电解实验证实，电流效率可达92%，副产物生成量<5%。

【去除效能】

在模拟医院废水（pH=7.4）中，生物炭对美罗培南的30分钟吸附率达85%，结合电化学氧化可实现完全降解。LC-MS检测显示最终产物为低毒性的2H-吲唑衍生物。

该研究开创性地将生物炭吸附与电化学催化相结合，不仅解决了美罗培南难降解的问题，其开发的绿色合成策略更具有普适意义。相比传统方法，该技术能耗降低40%，且避免使用有毒化学试剂。特别值得注意的是，2H-吲唑核心结构的成功构建，为后续开发更多环境友好型抗生素降解催化剂提供了分子设计模板。论文发表在环境科学领域权威期刊《Journal of Hazardous Materials Advances》，为医疗废水处理提供了兼具科学创新性和工程实用性的解决方案。