钢渣基铁碳填料协同驱动微电解与类芬顿氧化降解氧氟沙星废水的研究

针对抗生素废水处理难题，研究人员创新性地利用钢渣制备铁碳填料(SS-ICF)，同步驱动铁碳微电解(ICME)和类芬顿(Fenton-like)氧化体系。该材料具有101.2 m2/g比表面积和均匀分布的Fe/C活性位点，对氧氟沙星(OFX)降解符合准一级动力学，6次循环后活性仅降低6%，为工业固废高值化利用和难降解有机物处理提供新策略。

　　

抗生素污染已成为全球水环境治理的焦点问题。作为世界上抗生素使用量最大的国家，中国2024年抗生素消耗量达14.7×10⁴吨，这些药物通过医疗废水排放和生物代谢等途径进入水体后，因其难降解特性长期存在，不仅破坏生态平衡，更会诱导耐药基因传播。氧氟沙星(OFX)作为典型氟喹诺酮类抗生素，其处理技术研发迫在眉睫。传统方法如生化处理、吸附等存在效率低、成本高等局限，而铁碳微电解和芬顿氧化虽各具优势，却面临填料成本高、反应条件苛刻等瓶颈。

河北某钢铁企业（注：根据文中国家自然科学基金编号51808039推断）的研究团队另辟蹊径，利用富含Fe₂O₃（6-10%）的钢渣工业固废，创新开发出钢渣基铁碳填料(SS-ICF)。该研究通过材料表征、动力学建模和降解路径解析等多维手段，证实SS-ICF可协同驱动微电解与类芬顿氧化，相关成果发表于《Process Safety and Environmental Protection》。

关键技术包括：1) 采用(NH₄)HCO₃改性提升填料比表面积至101.2 m²/g；2) 建立准一级动力学模型量化参数影响（曝气速率>反应温度>初始pH）；3) 通过LC-MS识别脱氟、脱羧等降解中间体；4) 6次循环实验验证材料稳定性。

【性能测试】钢渣单独驱动微电解(SS-ICME)、类芬顿(SS-F)及复合系统(SS-C)时，20分钟内OFX去除率差异显著，证实协同效应存在。

【材料特性】SS-ICF呈现12-13 nm介孔结构，XRD显示Fe⁰/Fe₃O₄共存，XPS证实表面Fe²⁺/Fe³⁺循环。

【降解机制】电子顺磁共振捕获到·OH信号，证实自由基攻击为主导路径，同时Fe²⁺持续再生维持催化活性（式4-7）。OFX经历C=O断裂（ decarbonylation）、-CH₃脱落（demethylation）等7步转化。

【工程价值】较商业填料成本降低58%，钢渣利用率提升至82%，为每年1.2×10⁸吨钢渣处置提供新思路。

该研究突破传统废水处理技术壁垒，实现"以废治废"的双重环境效益。材料中Fe/C的微电池效应（E^θ=-0.44V/0V）与芬顿反应的完美耦合，为复杂有机物处理提供普适性方案。研究团队特别指出，絮凝作用对总去除率的贡献达17%，这种多机制协同模式对工程设计具有重要指导意义。随着我国对抗生素排放标准的日趋严格，该项技术展现出广阔的产业化前景。