活化与非活化过一硫酸盐/过二硫酸盐降解磺胺类抗生素的氧化机制与降解路径比较

本研究针对磺胺类抗生素(SAs)污染问题，系统比较了活化/非活化过一硫酸盐(PMS)和过二硫酸盐(PDS)的降解效能。发现非活化PMS通过单线态氧(1O2)实现65%降解，而FeS2@MoS2催化体系下PMS/PDS呈现不同抗干扰特性，结合DFT计算揭示了氨基氧化与分子裂解两条路径，为优化高级氧化工艺(AOPs)提供理论支撑。

　　

抗生素污染已成为全球性环境挑战，特别是磺胺类抗生素(SAs)作为第二大用量抗生素，在污水处理厂出水和水体中被频繁检出。这类物质不仅直接威胁生态系统，更会诱导抗生素抗性基因(ARGs)的传播——据预测到2050年将导致全球超百万人死亡。传统物理吸附和生物处理存在降解不彻底、易产生抗性菌等问题，而基于过硫酸盐的高级氧化工艺(PS-AOPs)因其强氧化性(SO₄^•-氧化电位达2.5-3.1V)和pH适应性广等优势备受关注。然而，过一硫酸盐(PMS)和过二硫酸盐(PDS)在相同环境条件下展现迥异的反应机制，这一科学问题亟待深入解析。

中国地质大学(北京)的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表的研究中，创新性地对比了活化与非活化PMS/PDS体系对SAs的降解效果。通过电子顺磁共振(EPR)和猝灭实验揭示自由基路径，结合密度泛函理论(DFT)计算与液相色谱-质谱(LC-MS)解析降解中间体，首次系统阐明了两种氧化剂的反应差异及其环境影响因素。

关键技术方法包括：1) 构建FeS₂@MoS₂双金属硫化物催化剂；2) 采用EPR检测活性氧物种(ROS)；3) 通过猝灭实验区分SO₄^•-、•OH和¹O₂贡献；4) LC-MS鉴定降解中间体；5) DFT计算预测反应位点。

【Selected removal of SAs】章节发现：非活化PMS在60分钟内降解65%的SAs，而PDS几乎无效。HCO₃^-/H₂PO₄^-共存时，PMS体系因生成¹O₂使降解率提升至82%，而PDS体系受Fe²⁺络合抑制显著。

【Degradation pathway】部分揭示：非活化PMS将SDM氨基氧化为硝基/亚硝基(中间体丰度0.95)，而催化体系通过SO₄^•-使分子逐步裂解，中间体积累可忽略。DFT计算证实N7是最易受攻击位点(福井函数值0.048)。

结论表明：PMS直接氧化特异性强，而催化活化路径更彻底。该研究不仅阐明H₂PO₄^-/HCO₃^-对两种体系的相反影响机制，更通过中间体毒性评估证明催化路径更环保。这项工作为实际水处理中氧化剂选择提供了重要理论依据，对控制ARGs传播具有潜在应用价值。