综述：H2O2增强非甾体抗炎药光催化降解的研究进展与未来方向

这篇综述系统探讨了H2O2辅助光催化降解非甾体抗炎药（NSAIDs）的机制与挑战，重点分析了光催化剂设计、氧化剂剂量优化、pH效应及实际水体基质的影响，为开发高效水处理技术提供了理论框架和技术路线。

　　

引言

非甾体抗炎药（NSAIDs）是全球使用最广泛的药物之一，年产量惊人（如布洛芬约15,000吨/年），但其在水体中的持久性残留引发严重生态风险。传统污水处理工艺对NSAIDs去除效率有限，而基于半导体材料的光催化技术因其室温矿化能力成为研究热点。然而，光生电子-空穴复合快、矿化不完全等问题制约其应用，添加H₂O₂可通过增加活性氧（ROS）生成和抑制电荷复合来突破这些瓶颈。

光催化剂合成进展

从经典的TiO₂到金属有机框架（MOF）复合材料，光催化剂设计呈现多元化趋势。例如，NH₂-MOF-5/MCOF通过溶剂热法合成，其多孔结构显著提升污染物吸附能力；而Ce–ZnO通过共沉淀法制备，铈掺杂有效缩小带隙（E_g）。但复杂合成工艺（如多步水热反应）和高毒性溶剂（如DMF）限制了规模化应用。

H₂O₂剂量优化的双刃剑效应

研究显示，0.5-5 mM H₂O₂可提升布洛芬降解率至90%，但过量（>10 mM）会引发^•OH清除效应。例如，α-Fe₂O₃体系中，H₂O₂添加反而使双氯芬酸降解率从96%降至76%，因生成的氢过氧自由基（^•O₂H）氧化能力较弱。响应面法（RSM）被推荐用于精准优化氧化剂投加。

pH与真实水体的博弈

酸性环境（pH 3-5）通常最有利，因NSAIDs的pK_a（如双氯芬酸4.2）促进分子态吸附。但实际废水常含天然有机物（NOM）和无机离子（如HCO₃^?），会竞争活性位点或淬灭ROS。一项中试研究指出，处理医院污水需将TiO₂剂量从150 mg/L增至450 mg/L以抵消基质干扰。

毒性转化产物的隐藏风险

虽然光催化可降解NSAIDs，但部分中间体如2,6-二氯苯胺（双氯芬酸衍生物）对卤虫（Artemia salina）的毒性高于母体化合物。计算毒理学工具（如T.E.S.T.）可预测产物危害，但需结合生物验证——例如藻类生长抑制实验显示，处理后的布洛芬溶液反而促进Chlorella vulgaris生长，暗示降解产物可能作为营养源。

反应器设计与混合技术

从实验室烧杯到20 L复合抛物面集热器（CPC）反应器，放大过程面临光分布不均等问题。超声辅助TiO₂/沸石系统将能耗降低50%，而膜光催化反应器通过陶瓷膜截留催化剂实现连续运行。等离子体-光催化联用则通过放电产生原位UV，双氯芬酸降解率提升18%。

未来方向：从缺陷工程到多氧化剂协同

氧空位（O_v）工程是新兴策略，如WO_3-x中O_v可使H₂O₂吸附能降低9.4倍。联合过一硫酸盐（PMS）与H₂O₂可激活^•SO₄^?和^•OH双通路，Mn基催化剂对此显示协同效应。密度泛函理论（DFT）计算则能预测分子裂解路径，如布洛芬C2/C5位点最易受攻击。

结论

光催化技术有望成为NSAIDs污染治理的绿色方案，但需解决催化剂稳定性、实际水体适应性及成本效益平衡等挑战。未来应聚焦缺陷调控、原位H₂O₂生成和智能监测系统的开发，推动技术从实验室走向工程化应用。