中国不同土地利用类型土壤中抗生素抗性基因与可移动遗传元件的生态分布、传播潜力及健康风险评估

针对四环素类抗生素(TC)在环境中持续累积引发的生态健康风险，研究人员开发了Co3O4/g-C3N4异质结催化剂，通过活化过一硫酸盐(PMS)实现86.6%的TC降解效率，反应速率常数提升5.4倍。该体系具有pH普适性、优异复用性和矿化能力，为抗生素污染治理提供了绿色解决方案。

　　

随着畜牧业和医疗领域抗生素的过度使用，四环素类(TC)抗生素在环境中的累积已成为全球性难题。这类物质不仅破坏水生生态系统平衡，更会通过食物链引发细菌耐药性扩散，威胁公共卫生安全。传统处理方法面临效率低、二次污染等问题，亟需开发新型绿色净化技术。

在这项发表于《Environmental Research》的研究中，国内科研团队创新性地构建了Co₃O₄/g-C₃N₄(CN)异质结催化剂，通过活化过一硫酸盐(PMS)实现了TC的高效降解。研究发现，优化的12%Co₃O₄/CN复合材料在30分钟内可降解86.6%的TC，其反应速率常数是单纯PMS体系的5.4倍。更令人振奋的是，该体系展现出优异的pH适应性(2-10)和循环稳定性，经5次重复使用后仍保持80%以上的活性，为实际废水处理提供了可靠方案。

研究采用多尺度表征技术揭示了催化机制：通过X射线光电子能谱(XPS)证实了Co²⁺/Co³⁺氧化还原循环的存在，电子顺磁共振(EPR)检测到超氧自由基(O₂·^-)、硫酸根自由基(SO₄·^-)、单线态氧(¹O₂)和羟基自由基(·OH)的协同作用。氮空位的引入显著提升了PMS活化效率，比表面积测试(BET)显示复合材料具有丰富的活性位点暴露。

【材料表征】扫描电镜(SEM)显示Co₃O₄的引入使CN载体形成褶皱层状结构，EDS元素映射证实Co物种均匀分散。X射线衍射(XRD)证明成功构建了Co₃O₄与CN的复合相。

【降解性能】在最优条件(0.2 g/L催化剂，2 mM PMS，pH=7)下，体系对多种新兴污染物(磺胺甲恶唑、双酚A等)均表现出>80%的去除率。淬灭实验表明O₂·^-贡献率达61.3%，是主导活性物种。

【毒性评估】通过高效液相色谱-质谱联用(HPLC-MS)鉴定了7种中间产物，ECOSAR程序预测显示降解后产物急性毒性降低2-3个数量级。

这项研究通过精准调控催化剂电子结构，实现了PMS的高效活化与TC的深度矿化。其创新价值体现在：(1)阐明了氮空位促进自由基生成的原子级机制；(2)开发了具有实际应用潜力的非均相催化体系；(3)为抗生素污染控制提供了"降解-减毒"一体化解决方案。该成果对推动水环境治理技术进步具有重要意义，也为设计其他难降解有机物的高级氧化系统提供了新思路。