镍钴铁层状双氢氧化物活化过一硫酸盐高效去除水中新兴污染物的机制与应用

为解决水中新兴污染物(ECs)难降解问题，研究人员设计了一种新型三金属层状双氢氧化物(NiCoFe-LDH)催化剂，通过双路径活化过一硫酸盐(PMS)，实现氧四环素(OTC)43.5%的总有机碳去除率，其性能是单金属LDH的两倍。该研究为多金属催化剂设计和水处理AOPs技术提供了新思路。

　　

随着抗生素等新兴污染物(ECs)在水环境中持续累积，传统水处理技术已难以应对其带来的生态风险。这类污染物不仅具有持久性和生物累积性，更会诱发抗生素耐药基因的传播。过一硫酸盐(PMS)高级氧化工艺(AOPs)虽能产生强氧化性的硫酸根自由基(SO₄^•?)，但其效率高度依赖催化剂性能。现有单金属催化剂活性有限，而双金属体系又难以兼顾活性与稳定性。针对这一挑战，中国三峡集团等机构的研究人员创新设计出三金属镍钴铁层状双氢氧化物(NiCoFe-LDH)催化剂，通过多金属协同效应显著提升PMS活化效率，对氧四环素(OTC)的降解性能超越多数报道数据，相关成果发表于《Journal of Environmental Sciences》。

研究采用尿素水热法合成催化剂，结合X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征材料结构，通过电子顺磁共振(EPR)和猝灭实验揭示活性物种，并考察实际水体中的适用性。

合成与表征：NiCoFe-LDH成功保留LDH特征晶面衍射峰(如11.22°的(003)晶面)，红外光谱显示金属-氧键(M-O)和羟基特征振动，证实三金属成功整合到LDH结构中。

性能优势：在pH 3-11范围内，NiCoFe-LDH/PMS体系30分钟内实现OTC的43.5%总有机碳去除，效率达单金属LDH的两倍。其优势源于：(1)Ni/Co/Fe多价态协同促进PMS分解为自由基(SO₄^•?/·OH)；(2)表面形成PMS*活性复合物，通过非自由基电子转移路径直接氧化污染物。

机制解析：发现双路径活化机制——金属位点(Ni(II)/Co(II)/Fe(III/IV))介导的自由基路径，与PMS*主导的非自由基电子转移路径并存。这种多机制协同作用拓宽了pH适应范围，并有效抑制催化剂失活。

实际应用：在真实水体中仍保持高效，归因于LDH层状结构提供的扩散通道和表面羟基对污染物的富集作用。

该研究突破性地证明三金属LDH中Ni-Co-Fe的电子协同可同时优化PMS活化和电子转移过程，为设计高效稳定的水处理催化剂提供了新范式。其宽pH适应性和实际水体适用性，使得这项技术具备规模化应用潜力，对解决抗生素污染这一全球性环境问题具有重要实践意义。