近期，中科院合肥研究院固体所环境材料和污染控制研究部孔令涛研究员团队制备出一种高活性单原子铁类芬顿催化剂（ Fe-ISAs@CN），实现了对水中抗生素磺胺嘧啶污染物的高效去除。相关研究成果以“ Enhanced Fenton-like degradation of sulfadiazine by single atom iron materials fixed on nitrogen-doped porous carbon”为题发表在 Journal of Colloid and Interface Science 期刊上。
磺胺嘧啶是一种人工合成的磺胺类抗生素，具有广谱及较强的抗菌活性，对多种受细菌感染的疾病都有很好的治疗效果，在临床和畜牧业中得到广泛使用。然而长期大量的滥用造成了磺胺嘧啶的环境残留问题较为严重，对生态环境和人体健康造成潜在的危害，急需处理。但由于磺胺嘧啶的化学结构稳定，常规技术难以处理。
鉴于此，研究人员以合成的Fe(acac)3@ZIF8为前驱体，制备出一种十二面体高活性单原子铁类芬顿催化剂Fe-ISAs@CN，其表面及中空结构暴露出大量的催化活性位点。通过对磺胺嘧啶的降解实验发现，在60分钟内，0.1 g/L剂量的Fe-ISAs@CN可去除91%的10 mg/L磺胺嘧啶。机理分析表明，Fe-ISAs@CN催化剂表面暴露的高活性位点，能够快速活化H2O2产生大量的羟基自由基·OH，实现磺胺嘧啶的高效降解。经过五次循环后对磺胺嘧啶的去除率仍大于80%，且催化剂中铁元素流失量小，具有较好的稳定性。
本研究为抗生素等难降解污染物的高效去除提供了新思路。
硕士研究生杨武为论文第一作者，张开胜副研究员等为通讯作者。
上述工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、安徽省科技重大专项等项目的支持。
文章链接: https://doi.org/10.1016/j.jcis.2021.03.168。
图1. Fe-ISAs@CN的(a) SEM、(b)TEM、(c)HAADF-SEM、(d-f)Mapping图。
图2.不同反应条件下磺胺嘧啶的降解效果曲线： (a) Fe-ISAs@CN投加量对降解效果的影响，(b)H2O2投加量对讲解效果的影响，(c)初始pH对降解效果的影响，(d)循环使用效果曲线。
图3. Fe-ISAs@CN/H2O2体系活化H2O2降解SDZ机理图。
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