将富含铁的酸性生物淋滤污泥转化为用于四环素降解的高性能生物炭：活性Fe(II)和表面官能团的作用

《Process Safety and Environmental Protection》：Conversion of acidic iron-rich bioleached sludge into high-performance biochar for tetracycline degradation: The role of active Fe(II) and surface functional groups

　　

张志文|李云北|李海龙

摘要

生物浸出显著提高了污泥的脱水性能，但会产生酸性且富含铁的残留物，这些残留物给传统的土地应用带来了挑战。在这项研究中，通过700°C下的限氧热解将生物浸出污泥重新利用来合成功能化的生物炭，并通过调整浸出时间和铁的添加量来调控催化性能。在特定生物浸出参数下制备的优化催化剂具有较高的比表面积、明确的铁结晶相以及高比例的活性Fe2?物种。该材料在H?O?体系中60分钟内能够去除96.3%的四环素，其性能远优于未经改性的污泥生物炭。密度泛函理论（DFT）计算表明，铁修饰位点（特别是Fe-O、Si-O-Fe和Si-Fe结构）通过强健的吸附作用促进了电子转移。这种相互作用促进了H?O?中O-O键的局部断裂，从而高效生成·OH自由基，加速了四环素的矿化过程。这些发现阐明了污泥衍生材料中铁物种演变的催化机制，并为抗生素废水处理中危险污泥的资源化利用提供了一种可持续策略。