碳点修饰铁铜双金属高效降解抗生素的创新机制与性能研究

《Journal of Environmental Management》：High performance and unique mechanism of carbon dots modified iron-copper bimetals for antibiotics degradation

本文通过碳点（C-dots）修饰微米级铁铜双金属（mFe/C/Cu），实现了磺胺甲噁唑（SMX）的高效降解。研究表明，0.5%碳点负载的mFe/0.5%C/Cu体系在30分钟内对SMX的去除率达92.7%，显著优于未修饰体系。其机理涉及碳点调控电子转移路径，促进超氧自由基（O2•?）和氢自由基（H•）的协同作用，并激活异唑环断裂的新降解途径。该工作为碳材料增强铁基污染物修复性能提供了新策略。

　　

Section snippets

Preparation of C-dots and mFe/C/Cu

本研究使用的微米级零价铁（mFe⁰）购自成都科隆化学有限公司，平均粒径约120微米，纯度≥98%。材料储存于干燥器中以减少空气和水分导致的氧化。在合成mFe/0.5%C/Cu复合材料时，以CuSO₄·5H₂O形式引入Cu²⁺，通过自发氧化还原反应将Cu²⁺还原为Cu⁰，形成双金属结构。

Characterization of mFe/0.5%C/Cu

通过水热法合成碳点，并利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）和拉曼光谱表征其结构。如图S1a所示，3425 cm^?1（O-H）、3153 cm^?1（N-H）、1709 cm^?1（COOH）和1415 cm^?1（C-N）处的吸收峰表明碳点表面富含含氧和含氮官能团。这些官能团为金属结合和电子转移提供了活性位点。

Conclusions

本研究通过碳点修饰微米级铁铜双金属，实现了水溶液中SMX的高效降解。mFe/0.5%C/Cu体系对10 μmol/L SMX的去除率达97.1%，最优参数为pH=3、Cu/Fe质量比1:10、碳点负载量0.5%、投加量1 g/L。XPS和电化学分析表明，碳点修饰显著提升了电子转移效率，促进Fe²⁺/Cu⁺再生，并通过O₂^•?与H•的协同作用触发SMX异唑环断裂的新降解路径。