离子液体[Bmim][Tf2N]活化过硫酸盐产生单线态氧的创新机制及其在抗生素降解中的应用

本研究针对传统过硫酸盐(PS)活化方法存在效率低、选择性差等问题，创新性地采用离子液体[Bmim][Tf2N]活化过二硫酸盐(PDS)，实现了20分钟内对土霉素(OTC)的近完全降解。研究发现阳离子咪唑环作为电子供体促进PDS中O-O键断裂，阴离子亚胺氮作为电子受体连续断裂S-O键，协同产生高选择性单线态氧(1O2)，为设计靶向催化系统提供了新思路。

　　

抗生素污染已成为全球性环境挑战，土霉素(OTC)等四环素类抗生素通过排泄物进入水体后难以降解，传统处理方法面临吸附饱和、二次污染或效率低下等问题。过硫酸盐高级氧化工艺(PS-AOPs)虽能产生强氧化性的硫酸根自由基(SO₄^·-)和羟基自由基(·OH)，但在复杂水质中易受干扰。而非自由基途径如单线态氧(¹O₂)具有高选择性和抗干扰优势，现有碳基催化剂却存在制备成本高、再生困难等局限。

贵州大学的研究团队创新性地将离子液体1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([Bmim][Tf₂N])应用于PDS活化系统。通过电子顺磁共振(EPR)和淬灭实验证实，该体系能在20分钟内实现OTC近100%降解，其核心机制在于离子液体的双功能设计：阳离子咪唑环作为电子供体促进PDS中O-O键断裂，阴离子亚胺氮作为电子受体分步断裂S-O键，协同产生¹O₂。这种"电子供体-受体"协同机制突破了传统活化方法的局限性，相关成果发表于《Surfaces and Interfaces》。

研究采用淬灭实验结合EPR技术鉴定活性物种，通过密度泛函理论(DFT)计算揭示反应位点，并利用液相色谱-质谱(LC-MS)分析降解路径。在材料表征方面，采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)验证离子液体结构；通过电化学测试证实电子转移能力；采用探针化合物(FFA)特异性捕获¹O₂；同时考察了pH、温度等环境因素的影响。

Feasibility of [Bmim][Tf₂N] Activation of PDS
对比实验显示单独PDS对OTC几乎无降解作用，而[Bmim][Tf₂N]/PDS体系在pH=7时20分钟降解率达98.6%。淬灭实验证实¹O₂贡献率达76.3%，显著高于自由基途径。

Materials and Chemicals
研究选用高纯度OTC(≥98%)作为目标污染物，[Bmim][Tf₂N]作为催化剂，通过控制变量法优化反应条件，排除溶剂效应干扰。

Conclusion
该研究首次阐明离子液体活化PDS的双重作用机制：阴离子亚胺氮通过两次电子俘获断裂S-O键，阳离子咪唑环通过电子捐赠断裂O-O键，协同产生¹O₂。这种设计实现了对电子富集污染物的靶向降解，在含腐殖酸(HA)或无机盐的复杂水体中仍保持90%以上效率。相较于传统碳基催化剂，离子液体的可设计性为定制化催化系统开辟了新途径，其低挥发性特性也降低了二次污染风险。

这项研究不仅为抗生素污染治理提供了高效解决方案，更通过"结构-活性"关系的精准解析，为绿色催化剂的分子设计提供了范式。未来可通过调控离子液体的取代基团，进一步优化电子转移效率，推动非自由基氧化技术在环境修复中的实际应用。