第一作者：Ying Yang, Hua Li
通讯作者：程修文 教授/ Jiangwei Shang
通讯单位：兰州大学 资源环境学院
DOI:10.1016/j.jece.2024.112158
渗透到水生环境中的抗生素对生态系统和人类健康都具有重大风险。本研究采用室温水溶液沉淀技术制备了 ZIF-67 衍生物，并建立了 Co3O4/CeO2/O3/PMS （Co-Ce/OP）体系。此外，在特定条件下，10 mg/L 左氧氟沙星（LEF）溶液可实现快速降解（97.2%）和有效矿化（40.4%）。随后的研究确定了 Co-Ce/OP 系统中的主要活性物质、中间产物和反应机制。来自电子顺磁共振（EPR）和淬火实验的证据表明，SO4--、OH--、O2--和 1O2 对降解过程起到了促进作用。应用高效液相色谱-质谱法（HPLC-MS），我们发现 LEF 的主要降解机制包括哌嗪环、喹诺酮环和吗啉环的裂解和损失，以及脱羧和脱氟反应。此外，我们还研究了 LEF 及其中间产物的急性毒性、生物富集因子、发育毒性和致突变性。研究结果表明，与 LEF 相比，中间产物的毒性明显降低。随后的实验表明，LEF 的降解率在五个反应周期后仍能保持在 90% 以上，这表明该催化剂具有极佳的可回收性和稳定性。此外，本研究还在四种不同的天然水基质中进行了实验，证明了该系统在真实水生环境中有效应用的巨大潜力。
Fig. 1. The effect of different molar ratio (a) and calcination temperature (b) on the catalytic performance of Co3O4/CeO2 (Reaction conditions: [Catalyst]0 =0.15 g/L, [PMS]0 =0.15 g/L, [O3]=0.20 L/min, [LEF]0 =10 mg/L, pH=6.5 (unadjusted)).
Fig. 2. XRD spectra of Co3O4/CeO2, Co3O4 and CeO2 (a), Nitrogen adsorption-desorption isotherm (inset of the corresponding pore size distribution) of Co3O4/CeO2 (b), and Electrochemical property of Co3O4/CeO2 and Co-Ce ZIF: Tafel polarization curve (c) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) plots (d).
Fig. 3. XPS spectra of the overall survey (a), Co 2p (b), Ce 3d (c) and, O 1 s (d) for fresh and used Co3O4/CeO2.
Fig. 4. Effect of reaction parameters on the degradation of LEF: catalyst dosage (a), O3 dosage (b), PMS dosage (c), initial pH (d) and pH variation (e), and degradation and mineralization efficiency in the Co-Ce/OP system (f) (Reaction conditions: [Catalyst]0 =0.15 g/L, [PMS]0 =0.15 g/L, [O3]=0.20 L/min, [LEF]0 =10 mg/L, pH=6.5 (unadjusted)).
Fig. 5. Effect of co-existing substances in the water on the degradation of LEF: Cl- (a), NO3- (b), HCO3- (c), HPO42- (d) and HA (e), and degradation rate in different reaction systems (f) (Reaction conditions: [Catalyst]0 =0.15 g/L, [PMS]0 =0.15 g/L, [O3]=0.20 L/min, [LEF]0 =10 mg/L, pH=6.5 (unadjusted)).
Fig. 6. Effects of quenchers on the degradation of LEF (a), EPR spectra of DMPO-SO4·-, DMPO- OH·(b), DMPO-O2·- (c), TEMP-1O2 (d) for the reaction system.
在这项研究中，我们采用环保的室温水溶液沉淀法合成了 Co-Ce ZIF 衍生物 Co3O4/CeO2，然后进行了高温煅烧。我们随后评估了它在催化 O3/PMS 复合体系中的功效。在催化剂用量为 0.15 g/L、PMS 用量为 0.15 g/L、臭氧流量为 0.20 L/min 的特定条件下，10 mg/L LEF 的降解率（97.2%）和矿化效率（40.4%）均有显著提高。这些结果表明，Co-Ce/OP 系统在解决抗生素污染方面具有巨大潜力。通过实验验证，该反应机制可在 3-11 的 pH 范围内有效降解 LEF。有趣的是，天然水样中腐植酸的存在对污染物的消除影响甚微。根据电子顺磁共振（EPR）和淬灭试验，推断出 SO4-、OH-、O2-和 1O2 等自由基参与了该体系。我们利用 HPLC-MS 确定了 LEF 的主要降解机制，其中包括哌嗪、喹诺酮和吗啉环的破碎和最终消除，以及脱羧和脱氟过程。随后的评估包括 LEF 及其中间体的急性毒性、生物富集因子、发育毒性和诱变性。分析表明，与原生 LEF 相比，中间产物的毒性明显降低。令人印象深刻的是，即使经过五个循环，Co3O4/CeO2 的降解效率也超过了 90%。除了钴和硒金属离子的沥滤率极低之外，这还显示了其卓越的可再利用性和耐久性。总之，利用四种独特的水基质进行的一系列实验最终证明了该系统在各种自然水生环境中的适用性。
Ying Yang, Hua Li, Yilong Hou, Ce Wang, Kangyi Zhang, Zhihao Man, Jiangwei Shang, Xiuwen Cheng, Green synthesis of Co-Ce ZIF derivatives for enhanced O3/PMS degradation of levofloxacin, Journal of Environmental Chemical Engineering, 2024, https://doi.org/10.1016/j.jece.2024.112158
声明：本公众号仅分享前沿学术成果，无商业用途。如涉及侵权，请立刻联系公众号后台或发送邮件，我们将及时修改或删除！
邮箱：Environ2022@163.com
欢迎大家将《水处理文献速递》加为星标
即时获取前沿学术成果
若有帮助，请点击“在看”分享！
投稿、转载请扫描下方二维码联系小编吧
