引言

水中兽用抗生素磺胺嘧啶(SDZ)和四环素(TC)难以被生物降解，长期接触会增加胃、肠、肝、肾损伤风险，给人类健康造成不可逆转危害。传统的抗生素去除技术包含生物法、电解法、光催化法等，但都因其高成本和复杂工艺而受到限制。高级氧化工艺通过生成高活性氧化物种降解有机污染物已成为目前的主流技术，半焦（Semi-coke，SC）是煤化工过程中的固体废弃物，来源广泛、成本低廉，可作为矿物生物炭活化过硫酸盐（PS）生成活性氧（ROS），用于抗生素的高效降解去除。

在本文中，兰州大学周雷老师和郑易安老师课题组利用SC活化PS构建了SC/PS高级氧化体系，同时去除水环境中的SDZ和TC。采用自由基淬灭试验和电子自旋共振技术分析了活性氧成分，提出了SC/PS体系的活化机制和降解途径，并采用费氏弧菌对降解产物的急性毒性进行了评估。研究结果表明，在PS为0.75 g/L、SC为0.50 g/L，pH=3.0，温度30℃的优化条件下，SC/PS体系的降解率分别为97.8%（SDZ）和97.2%（TC），且SDZ和TC之间存在协同促进效应。SC表面的极性基团和缺陷都有利于增强吸附性，其表面的含氧官能团、吡啶N和石墨C可作为活性位点，增强SDZ和TC的降解效率。此外，SC具有良好的可重复使用性和高效率，在高效去除实际废水中不同种类抗生素方面具有很大的潜力。

结果分析

图1  SC/PS体系活化机制示意图

采用TEM和SEM技术观察SC材料形貌，热重方法评估SC材料的热稳定性。显然，SC展现出优异的热稳定性和耐高温性。采用拉曼光谱技术分析SC的结构特征，SC材料1350 cm^-1（D带）和1600 cm^-1（G带）的拉曼峰位与材料结构有关，峰强比I_D/I_G可用于表征SC材料的石墨化程度。

图2  SC的SEM图（降解前a和降解后b)；TEM图(c)和HRTEM图(d)

图3  SC的(a) TG图，(b)拉曼光谱，(c) N₂吸附-解吸等温线与孔径分布曲线(插图)以及(d) FT-IR光谱

本文系统评估了PS和SC用量、初始pH值、温度、无机阴离子和NOM等多种实验参数对SDZ和TC降解效率的影响，并结合淬灭实验和电子自旋共振确定了主要的活性氧成分，提出了SC对PS的活化机制以及SC/PS体系的降解途径，并采用费氏弧菌评估了降解液的急性毒性。

图4  PS (a, b) 和SC (c, d) 用量对 (a, c) SDZ和 (b, d) TC降解效率的影响

图5 pH (a, b)和温度(c, d)与SDZ（a, c）和TC（b, d）降解效率关系图

图6 (a) SC/PS体系中TOC和毒性的变化；(b) SC活化PS催化降解SDZ和TC的可重复利用性；实际废水中(c) SDZ和(d) TC的降解效率

文章信息

本文以“Semi-coke activated persulfate promotes simultaneous degradation of sulfadiazine and tetracycline in a binary mixture" 为题，发表在Chemical Engineering Journal，兰州大学禹敏为第一作者，兰州大学周雷副教授和郑易安教授为通讯作者。

课题组简介

周雷，博士，副教授，硕土生导师。2003年本科毕业于兰州大学化学化工学院，2008年于兰州大学获博士学位。2008年7月起在兰州大学化学化工学院工作至今，2013年3月-2014年3月在美国俄荷拉荷马大学化学与生物化学系从事博士后研究。主要从事分析化学、分离科学等领域的教学与科研工作，研究兴越集中在毛细管电泳与微流控分析，新型功能材料在分析化学中的应用、考古化学等方面。主持国家自然科学基金2项，参与国家自然科学基金重大科研仪器研制项目1项；在Analytical Chemistry，Environmental Science & Technology等期刊发表研究论文60余篇。《中国化学快报(Chinese Chemicalletters)》青年编委(第一、二届)，《分析测试学报》青年编委，中国生物检测监测产业技术创新战略联盟理事，中国仪器仪表学会分析仪器分会青年工作者委员会委员。

郑易安，兰州大学教授，博士生导师。研究领域为水污染控制，研究方向包括：环境吸附与催化材料、环境分析与污染控制、新型污染物界面过程。曾获卢嘉锡青年人才奖，入选江苏省“双创博士"和中国科学院青年创新促进会会员。环境科学学会水处理与回用专业委员会委员、Chinese Chemical Letters第三届青年编委，《安全与环境学报》青年编委。主持国家自然科学基金3项、省部级人才类项目3项、甘肃省自然科学基金-重点项目1项，另主持/参与科技部863项目等10余项；在Environmental Science & Technology等期刊发表学术论文100余篇，被引用4000余次，h-指数36；参编专著1本(科学出版社)，英文书2章；甘肃省自然科学奖1项。

产品信息

本研究中拉曼光谱数据使用北京卓立汉光仪器有限公司的Finder系列激光显微共聚焦拉曼光谱仪检测，如需了解该产品，欢迎咨询。

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