磁性生物炭耦合过硫酸盐降解抗生素：芬顿铁泥资源化与水体修复的双重突破

《Journal of Water Process Engineering》：Magnetic biochar derived from Fenton iron sludge activated persulfate for antibiotic degradation: Dual roles of adsorption and oxidation

本研究创新性地利用芬顿铁泥(Fenton iron sludge)与秸秆共热解制备磁性生物炭(FS3BC1)，通过吸附-氧化协同机制高效活化过硫酸盐(PDS)，实现水体中四环素盐酸盐(TCH)97.17%的降解率。研究发现单线态氧(1O2)为主导活性物种，Fe3O4/吡啶氮/羰基构成关键活性位点，为工业固废资源化与抗生素污染治理提供新策略。

　　

Highlight

本研究开创性地将芬顿铁泥与稻秆通过浸渍-热解法制备磁性生物炭(FS₃BC₁)，其耦合过硫酸盐(PDS)体系对盐酸四环素(TCH)的降解率高达97.17%，较传统生物炭体系提升1.45倍。

材料特性

扫描电镜(SEM)显示FS₃BC₁具有层状结构，元素分析证实其含铁氧化物(11.23%)及关键活性组分。X射线光电子能谱(XPS)揭示Fe²⁺/Fe³⁺循环和含氮官能团对催化性能的贡献。

反应机制

自由基捕获实验与电子顺磁共振(EPR)证实：体系产生硫酸根自由基(SO₄^•?)、羟基自由基(•OH)和单线态氧(¹O₂)，其中¹O₂起主导作用。Fe₃O₄纳米颗粒与吡啶氮协同促进PDS活化，形成"吸附-氧化"双功能降解路径。

环境适应性

经历4次循环后仍保持79.18%的TCH去除率，且体系对常见阴离子干扰表现出强抗性。绿豆发芽实验证实降解产物毒性显著降低。

Conclusion

该工作为芬顿铁泥高值化利用提供新思路，同时开发出低成本、易回收的过硫酸盐活化催化剂，对抗生素污染水体修复具有重要应用价值。