環境中的抗生素類有機污染物的廣泛存在會促進細菌的耐藥性及耐藥基因的形成和傳播,增加細菌耐藥基因從動物到人體遷移的風險,對人類健康及水生生態系統造成潛在的健康風險。芬頓催化技術是一種高效、環境友好型的高級氧化技術(AOP),廣泛應用于各類有機污染廢水的處理中。但該技術存在需不斷補充鐵源、產生大量鐵氧化物(氫氧化物)污泥、使用pH范圍窄(2.0—3.5)等缺點。
近期,中國科學院地球化學研究所研究員萬泉團隊與廣東工業大學合作,通過水熱合成法首次報道制備出一種新型的六角星形的黃鐵礦納米片礦物團簇異相芬頓催化劑。SEM和TEM表征結果顯示,該黃鐵礦材料主要由納米片單晶延正交的六個方向定向生長而成,每個團簇的尺寸約為2—5 μm,其表面在pH 2—11的范圍內均帶負電荷。與傳統均相芬頓催化技術相比,該新型催化劑對環丙沙星(20 mg/L)具有高的吸附能力和催化活性以及更為廣泛的pH使用范圍。溶液初始pH為4.0時,環丙沙星可在10 min內可實現完全降解。活性物種淬滅實驗發現·OH是環丙沙星降解過程中最主要的活性氧物種。
為研究該礦物材料在海水中的使用效果,科研人員系統探討了鹵素離子對環丙沙星降解的影響。結果表明,Br-(≥1 mM)、I-(≥1 mM)以及高濃度的F-(≥10 mM)對環丙沙星的降解具有顯著的抑制效果,而Cl-(0-100 mM)沒有表現出明顯的抑制效果。這主要歸因于F-可與Fe(III)形成低芬頓活性的絡合物,Br-和I-可與·OH反應生成低氧化能力的Br·、I·、Br2·-和I2·-等自由基,而·OH可與Cl-反應生成高活性的Cl·和Cl2·-。
科研人員通過HPLC/MS/MS定性識別出了13種降解中間產物,并基于此提出環丙沙星降解的三種可能途徑。理論計算得出,降解過程中有多個毒性中間產物的形成,但通過適當延長反應時間至30 min后可進一步將這些毒性中間產物完全脫毒并礦化為二氧化碳和水等無毒的小分子產物。
該研究不僅制備了一種新型且高效的六角星形的黃鐵礦納米片礦物團簇異相芬頓催化材料,還為水體中抗生素等難降解有機污染物的降解脫毒提供了一種有效的方法和思路。
相關成果發表在催化領域期刊Applied Catalysis B: Environmental 上。研究得到中科院戰略性先導科技專項、國家自然科學基金、貴州省科技計劃項目、礦床地球化學國家重點實驗室開放基金等資助。
環丙沙星降解路徑
六角星形的黃鐵礦納米片礦物團簇異相芬頓催化環丙沙星降解機制
法國國家科學研究中心日前宣布,該機構參與的科研團隊成功識別出一種新分子NM102,能夠在不破壞宿主微生物群的前提下,使致病菌在面對免疫系統時“解除武裝”。這一成果有望推動新型藥物開發,并解決抗生素耐藥......
5月11日至14日,第七屆中德電鏡-催化學術研討會在大連召開。本次會議由中國科學院大連化學物理研究所與德國于利希研究中心聯合主辦,遼寧省生物質能源轉化與材料重點實驗室承辦。大連化物所研究員王峰、德國于......
一項新研究警告稱,全世界數百萬公里的河流攜帶的抗生素污染水平足以促進耐藥性并危害水生生物。該研究首次估算了人類使用抗生素造成的全球河流污染規模——每年約有8500噸抗生素進入世界各地的河流系統,這個數......
加拿大和美國研究人員報告說,他們發現了一種靶向細菌核糖體的新型廣譜套索肽抗生素,對多種致病細菌表現出殺傷力,其中包括對現有藥物具有耐藥性的菌株,為應對抗生素耐藥性問題提供了新路徑。相關論文近日發表在英......
多重耐藥致病真菌的全球傳播對人類健康構成了嚴重威脅,因此有必要發現具有獨特作用模式的抗真菌藥物。然而,由于已知化合物的高頻率重新發現和缺乏新的抗真菌藥物靶點,傳統的基于活性的篩選先前未描述的抗生素受到......
聯合國糧農組織(FAO)分析認為,到2040年,全球牲畜抗生素使用可能比2019年增長近30%。這項發現凸顯出在畜牧業領域開展全球協調行動的必要性,以減少抗生素的使用。相關研究4月1日發表于《自然—通......
回收廢棄塑料有助于環境修復和相關產業發展,但現有技術難以直接回收受污染的混雜廢塑料,需在回收前對其進行分揀、清洗等預處理。而預處理過程成本高、耗時長和耗能高,同時回收后的塑料通常導致質量降低。相對塑料......
圖鹵代烴的協同催化氫解實現氚同位素標記在國家自然科學基金項目(批準號:22101278)等資助下,中國科學院大學趙達課題組在氫同位素標記方面取得新進展。研究成果以“仿生協同催化氫解助力后期氘化和氚化(......
圖(a-b)基于雙配體策略的工程化MspA納米孔檢測稀土原理示意圖;(c)16種稀土的單分子納米孔信號;(d)16種稀土的納米孔信號的散點圖展示在國家自然科學基金項目(批準號:22225405、223......
圖1.論文相關信息圖2.原位(insitu)和操作條件(operando)表征技術示意圖催化是應用背景廣泛、綜合性強的學科,是當前化學學科的前沿和化學工業的支柱,它在能源的開發利用、環境污染的防治和化......