《Inorganic Chemistry Communications》：Highly efficient electro-Fenton system with FeOCl-loaded carbon felt cathode for antibiotic degradation
编辑推荐：
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制备并表征了负载FeOCl的碳毡负极。
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减轻了铁的团聚现象，并提高了循环性能。
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FeOCl/CF-BDD体系在3–9的宽pH范围内具有高效的降解能力。
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结合DFT计算和LC-MS提出了NOR的降解途径。
引言
抗生素在
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制备并表征了负载FeOCl的碳毡负极。
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减轻了铁的团聚现象，并提高了循环性能。
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FeOCl/CF-BDD体系在3–9的宽pH范围内具有高效的降解能力。
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结合DFT计算和LC-MS提出了NOR的降解途径。
引言
抗生素在人类[1]、兽医医学[2]和农业[3]中被广泛使用，用于控制细菌感染，在某些地区还用于促进牲畜生长[4]。在67个国家中，人类抗生素的消费量从2016年的295亿定义日剂量（DDD）增加到2023年的343亿DDD[1]。由于许多抗生素仅部分代谢，其母体和代谢物主要通过尿液和粪便排出，随后进入废水和环境中[5]。这些残留物对微生物群落施加了选择压力，促进了耐抗生素细菌的富集和抗生素抗性基因的传播[6]。含有高浓度抗生素的抗生素生产废水是水污染的重要点源[7]、[8]。因此，需要高效且经济可行的处理技术来去除这些污染物并减轻它们的环境风险。
高级氧化工艺（AOPs）由于能生成高活性氧物种（ROSs）而有效用于抗生素的降解[9]。其中，电芬顿（EF）工艺因其温和的反应条件和原位产生H?O?而受到广泛关注。铁物种被广泛用于激活H?O?以产生羟基自由基（•OH）[10]、[11]。与均匀铁相比，异质铁因其持续释放铁的能力而受到越来越多的关注，这种能力可以匹配阴极处H?O?的连续生成。为了抑制纳米颗粒的团聚并消除回收悬浮催化剂粉末的需要，基于铁的催化剂被固化在碳毡（CF）负极上。例如，Lian等人将Fe?O?纳米颗粒嵌入石墨毡中，同时提供了可访问的铁位点并促进了H?O?的电生成[12]。Cheng等人在碳布上固定了FeNi LDH@ZIF-67催化剂，在3–9的宽pH范围内60分钟内实现了95.6%的四环素去除率，同时具有良好的可回收性和低金属浸出率[13]。改性的铁酸盐碳毡负极在pH 3–9范围内也几乎完全去除了氯霉素，并在五个循环后仍然保持了98.2%的去除率，显示了低铁浸出率和良好的重复使用性[14]。然而，除了固化之外，Fe3?的缓慢还原限制了Fe2?的再生，从而限制了H?O?的有效激活[15]。尽管多组分催化剂可以加速界面电子转移和Fe2?/Fe3?循环[16]，但它们相对复杂的组成和制备程序促使人们开发更简单的基于铁的催化材料。
FeOCl具有独特的Fe–O–Cl配位结构，有利于Fe2?/Fe3?的转化和高效的H?O?激活[17]，并已成功加载到碳纳米管和石墨毡等碳基基底上，用于电芬顿应用[18]、[19]。然而，从FeOCl中浸出的铁物种也可能引发均匀的芬顿反应，使得难以区分异质催化的真实贡献；因此，需要澄清FeOCl介导的铁循环的实际作用[20]。此外，最近关于电芬顿降解NOR的研究越来越多地采用表面改性或多组分复合碳负极[21]、[22]，其中多种活性位点和物种的贡献相互交织，使得铁的氧化还原循环和ROS生成过程不够明确。相比之下，FeOCl/CF负极在碳纤维上原位生长FeOCl纳米片，具有直接的电连接且无需任何粘结剂，为系统地阐明异质铁氧化还原循环和ROS生成机制提供了一个明确的模型系统。
在本研究中，通过原位煅烧将FeOCl固化在碳毡（CF）上，制备了FeOCl/CF负极，并与掺硼金刚石（BDD）阳极耦合，构建了一个异质EF系统。诺氟沙星（NOR）作为一种常见的具有潜在生态风险的氟喹诺酮类抗生素，被选为目标污染物[23]、[24]。在各种操作条件下系统评估了NOR的去除效率。使用•OH猝灭和定量技术探讨了降解机制。分析了电解质中和FeOCl/CF负极表面的溶解铁物种浓度，以阐明Fe2?/Fe3?循环机制。此外，提出了NOR的可能转化产物和降解途径，并评估了所得中间体的毒性。
章节片段
化学品和材料
六水合三氯化铁（FeCl?·6H?O，>99%，CAS: 10025–77-1）、NOR（C??H??FN?O?，>98%，CAS: 70458–96-7）、N,N-二甲基-4-硝基苯胺（C?H??N?O，>98%，CAS: 138–89-6）由上海麦克林生化有限公司提供。硫酸（H?SO?，>95%，CAS: 7664–93–9）和硫酸钠（Na?SO?，>99%，CAS: 7757–82-6）由国药化工试剂有限公司购买。甲酸（CH?O?，>96%，CAS:64–18-6）由北京MREDA科技有限公司提供。无水乙醇（CH?CH?OH）……
FeOCl/CF的表征
通过SEM（图1）表征了CF和FeOCl/CF的形态。原始CF表面光滑（图1a），而在FeOCl/CF表面则随机沉积了纳米片（图1b）。放大的SEM图片清楚地显示，由于负载了FeOCl，FeOCl/CF的表面比原始CF粗糙得多（图1c, d）。EDS图像显示FeOCl/CF复合材料中Fe、O和Cl物种分布均匀（图1e）。
XRD图谱（图2a）
结论
本研究调查了BDD-FeOCl/CF体系对NOR的氧化能力。BDD-FeOCl/CF体系的降解能力显著增强，其kobs为0.0305 min?1，而BDD-CF体系仅为0.0048 min?1。观察到NOR在3–9的宽pH范围内几乎可以完全去除，去除时间为200分钟。氧化机制研究表明，•OH是主要的活性氧化物种……
手稿准备过程中生成AI和AI辅助技术的声明
在准备本工作时，作者使用ChatGPT（OpenAI）来改进手稿的语言和可读性。使用该工具后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对发表文章的内容负全责。
CRediT作者贡献声明
周彦：撰写 – 原初草稿、方法论、概念化。于彦敏：方法论。肖启琴：撰写 – 原初草稿、数据管理。朱新尧：撰写 – 审稿与编辑、软件。岳丽君：方法论。邢轩：资金获取、概念化。
未引用的参考文献
[42], [43], [44], [45]
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了中国国家自然科学基金（编号：51409285）和中华民族大学组织科学研究项目（2025XYCM70）的支持。
邢轩 中华民族大学副教授，专注于废水处理的高级氧化工艺。发表了30多篇SCI论文，其中包括ESI高引用率的论文。
周彦 | 于彦敏 | 肖启琴 | 朱新尧 | 岳丽君 | 邢轩
