近期，中科院合肥研究院固體所環(huán)境材料與污染控制研究部孔令濤研究員團隊研發(fā)出一種高活性碳包氧化銅類芬頓催化劑，通過活化過一硫酸鹽（PMS）產(chǎn)生自由基與單線態(tài)氧，實現(xiàn)水中四環(huán)素污染物的高效降解。相關(guān)研究成果以 “Copper oxide encapsulated with carbon framework to activate peroxymonosulfate for efficient degradation of tetracycline”為題發(fā)表在Applied Surface Science期刊上。 

　　四環(huán)素（TC）是一類具有并四苯結(jié)構(gòu)的廣譜性抗生素，其生產(chǎn)和使用排名世界第二。四環(huán)素在人和動物體內(nèi)不能被完全吸收，大約75%會以母體或代謝物子體的形式隨尿液和糞便排出體外，進而污染環(huán)境，最終危及人類健康和生態(tài)安全。由于TC的化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、生物降解性差，所以常規(guī)技術(shù)難以去除。 

　　研究人員制備出一種具有不規(guī)則多面體結(jié)構(gòu)的碳包氧化銅復(fù)合材料（CuO@C-550），并將其作為非均相類芬頓催化劑用于活化PMS降解TC，40 min內(nèi)對TC（20 ppm）的去除率達到99.8%，且在寬的pH范圍（3-9）內(nèi)均表現(xiàn)出良好降解效果。多種共存離子（Cl^-、H₂PO₄^-、HCO₃^-、NO₃^-）的加入對降解體系也幾乎沒有影響。經(jīng)過五次循環(huán)后，體系對TC的去除率仍大于85%，且催化劑中銅元素流失極小，這表明該材料具有良好的穩(wěn)定性。

       此外，淬滅實驗和EPR測試結(jié)果表明，CuO@C-550活化PMS產(chǎn)生了·OH、SO₄^·-和¹O₂等活性物質(zhì)，進而推測出基于Cu⁺/Cu²⁺/Cu³⁺有效循環(huán)的反應(yīng)機理。本研究解決了常規(guī)類芬頓催化劑金屬易流失的問題，突破了傳統(tǒng)芬頓反應(yīng)受pH及無機離子干擾的限制，為水中難降解有機污染物的深度去除提供了新思路。 

　　以上工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、安徽省科技重大專項等項目的支持。 

　　文章鏈接: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.149424。 

 圖1.  CuO@C-550的(a) TEM (b - f) 、Mapping (g - i) 、HR-TEM 圖像。 

圖3. CuO@C-550/PMS體系降解TC機理圖。