海洋能源环境团队在新兴水体污染物治理领域取得新进展

近日，海洋能源环境团队在针对海水养殖尾水中典型解抗生素之一—盐酸洛美沙星去除的多相芬顿催化剂开发方面持续取得突破。研究成果以“Readily separable and stableCoFe₂O₄beadsfor activatingperoxymonosulfateto degrade lomefloxacin hydrochloride: Optimization, performance and degradation mechanism”为题在线发表于工程技术领域期刊Separation and Purification Technology（https://doi.org/10.1016/j.seppur.2023.124975）。我院20级工程博士王勋亮（导师：凌国维教授）为论文第一作者，海洋学院与自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所为共同通讯单位。

盐酸洛美沙星（LMH）是一种广泛应用于抗感染的氟喹诺酮类抗生素。作为一种新兴水体污染物，其化学性质稳定不易分解，当进入水环境将对生态系统构成潜在威胁。近年，基于磁性CoFe₂O₄活化过硫酸盐（PMS）产生高活性氧化物种的环境催化技术得到了持续关注和广泛研究。然而，CoFe₂O₄活化PMS过程产生的大量H⁺腐蚀CoFe₂O₄晶格结构导致钴和铁离子溶出，降低催化活性并带来重金属污染风险。另一方面，粉末态CoFe₂O₄因其表面能较高，在合成过程中不可避免地出现团聚效应，且催化反应后固液磁分离过程依然无法解决催化剂组分流失难题。因此，降低催化过程CoFe₂O₄金属离子溶出，改善CoFe₂O₄回收便利性，避免团聚失活等问题的协同解决是CoFe₂O₄基非均相芬顿催化剂走向大规模应用的关键。

基于此，本研究工作将原位生长于中空玻璃微球表面的CoFe₂O₄包埋于海藻酸钙凝胶球中，赋予CoFe₂O₄稳定催化活性和便于回收优势。实验结果表明，复合催化小球不仅具有良好的抗生素降解性能还可方便地回收利用。XPS表征表明，复合催化小球被PMS活化后电子在过渡金属之间发生了转移，保证了活性物种稳定产生。EPR表征和猝灭实验表明，参与LMH降解的主要活性物种为·OH和SO₄·^-。复合催化小球中海藻酸盐中的羧酸根和催化界面Fe和Co的配位锁定作用使降解反应后过渡金属的浸出浓度非常低（Co：0.089 mg/L；Fe:0.014 mg/L）。本研究为设计合成具有良好稳定性和环境友好的金属基非均相芬顿催化剂提供了一种新的范式。

本研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和中央级公益性科研院所基本科研业务专项资金的支持。

材料表征、催化性能和机理图：（a）SEM表征；（b）TEM表征；（c）VSM及磁分离性能；（d）降解路径；（e）催化机理