利福平作为新型电子穿梭体在类芬顿反应中协同催化阿特拉津降解的机制研究

本研究揭示了抗生素污染物利福平（RIF）通过其萘氢醌结构域在Fe(III)/H2O2体系中发挥电子穿梭作用，显著提升阿特拉津（ATZ）降解效率。该机制涉及RIF氧化为醌衍生物（RIF-Q）并持续还原Fe(III)为Fe(II)，促进羟基自由基（•OH）生成，为污染物介导的金属价态转换提供了新视角。

　　

Highlight部分化学试剂

所有化学品均直接使用，无需额外纯化，且为高纯度级别。具体试剂来源如下：利福平（RIF, 97%）、利福霉素S（RFS, 98%）、4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶（TEMP, 98%）、过单硫酸钾（PMS, 97%）和硫酸氧钛（TiOSO₄, 93%）购自中国阿拉丁有限公司。5,5-二甲基-1-吡咯啉-N-氧化物（DMPO, 98%）、利福昔明（RFX, 98%）、利福喷丁（RFP, 97%）、双酚A（BPA, 98%）、卡马西平

Fe(III)/H₂O₂/RIF体系中ATZ的催化性能

如图2a所示，当初始pH为3.0时，Fe(III)/H₂O₂体系对ATZ的去除能力较差，60分钟内仅14.4%。然而加入20 μmol/L RIF后，60分钟时ATZ去除率达到91.0%，甚至超过经典Fe(II)/H₂O₂芬顿体系的65.7%。这表明RIF能有效增强体系的污染物降解能力。整个反应过程可分为两个阶段：前3分钟（阶段Ⅰ）为快速反应期，ATZ降解率达61.2%；后续阶段（阶段Ⅱ）降解速率显著减缓。

结论

本研究系统阐述了RIF在Fe(III)/H₂O₂体系中增强ATZ降解的协同催化作用。RIF的引入显著提升ATZ去除效率，60分钟内实现91.0%降解——超越经典Fe(II)/H₂O₂芬顿体系（65.7%）。参数优化研究显示，随着RIF或Fe(III)剂量增加，ATZ降解动力学呈现浓度依赖性加速，而过高H₂O₂浓度会产生清除效应抑制反应。机制研究表明，RIF的萘氢醌结构域能直接还原Fe(III)为Fe(II)，自身氧化为RIF-Q；随后Fe(II)通过经典芬顿反应与H₂O₂生成•OH降解ATZ，同时RIF-Q进一步氧化分解产生的某些降解产物仍保持电子供给能力，持续促进Fe(III)还原。该研究为污染物衍生电子穿梭体介导金属离子价态转换的协同催化效应提供了新见解。