酸改性赤泥基MnS/FeAl-MOF三维电极光-电催化活化过一硫酸盐高效降解加替沙星：合成策略、机制解析与环境应用

本研究针对水体中加替沙星（GAT）难降解问题，创新性地以酸改性赤泥（ARM）为原料构建MnS/FeAl-MOF/ARM三维电极，耦合光-电催化（PEC）系统激活过一硫酸盐（PMS），30分钟内实现88.4%的GAT去除率。研究揭示了SO4•?、h+、e?、Fe(IV)和Mn(V)等多活性物种协同作用机制，为工业固废资源化与抗生素污染治理提供新范式。

　　

抗生素污染已成为全球水环境治理的顽疾。加替沙星（GAT）作为第四代氟喹诺酮类抗生素，在中国水源检出率高达93.8%，但传统污水处理工艺对其去除率不足50%。这类药物在环境中的持续累积不仅加剧微生物耐药性风险，更可能通过食物链威胁人类健康。面对这一挑战，如何实现GAT的高效降解成为环境科学领域的重大课题。

广西某研究机构（根据基金编号推测为广西地区单位）的科研团队独辟蹊径，将目光投向工业固废——赤泥（RM）。这种铝工业副产物富含铁、铝氧化物，却因杂质包裹导致催化活性受限。研究人员通过酸改性处理（ARM）剥离表面惰性层，以此为载体构建MnS掺杂的FeAl双金属有机框架（MnS/FeAl-MOF/ARM），创新性地将其作为三维电极应用于光-电催化（PEC）系统，成功实现GAT的高效降解。相关成果发表在《Journal of Environmental Chemical Engineering》。

研究采用酸溶-水热联用技术制备催化剂，通过X射线衍射（XRD）和光电化学测试确认材料结构；建立Vis+MnS/FeAl-MOF/ARM/E+PMS反应体系，结合淬灭实验和电子顺磁共振（EPR）鉴定活性物种；采用液相色谱-质谱（LC-MS）追踪降解路径，并通过生物毒性测试评估处理效果。

材料特性揭示：表征显示催化剂成功负载MIL-101(Fe)和MIL-53(Al)晶相，MnS均匀分散于骨架中。比表面积达312 m²/g，电导率较纯MOF提升3倍，光电流密度增加2.8倍，为PMS活化提供理想平台。

降解效能优化：在pH=3、PMS剂量1.5 mM、电流密度15 mA/cm²条件下，系统30分钟内降解50 mg/L GAT溶液（300 mL）效率达88.4%。对比实验证实，光-电协同使反应速率常数较单独处理系统提高4.3倍。

机制解析：EPR检测到SO₄^•?和•OH信号，甲基苯基亚砜探针证实Fe(IV)和Mn(V)存在。电化学测试显示Mn²⁺/Mn³⁺与Fe²⁺/Fe³⁺循环加速电子转移，S^2?促进PMS均裂。密度泛函理论（DFT）计算表明MnS掺杂使催化剂费米能级向导带偏移0.37 eV，增强载流子分离。

实际应用验证：催化剂经5次循环后活性保持82.7%，金属浸出浓度低于WHO限值。斑马鱼胚胎实验显示处理后溶液死亡率从43%降至9%，证实毒性显著降低。

该研究开创性地将工业废料转化为高性能环境功能材料，突破传统MOF在电化学体系中稳定性差的瓶颈。通过构建"固废资源化-多技术协同-毒性控制"的全链条解决方案，不仅为抗生素污染治理提供新思路，更推动赤泥从环境负担向功能材料的战略转变。特别值得注意的是，研究揭示的Mn/Fe/S多金属协同机制，为设计新型多相催化剂提供理论蓝图，在工业废水深度处理领域具有广阔应用前景。