抗生素、全氟化合物、環(huán)境內(nèi)分泌干擾物等具有毒性、持久性和累積性的新污染物廣泛存在于水環(huán)境中，雖濃度低卻危害生態(tài)平衡與人體健康。其結(jié)構(gòu)復雜，傳統(tǒng)工藝難降解，成為環(huán)境治理痛點。
如何克服這一痛點？記者11月30日從昆明理工大學環(huán)境科學與工程學院獲悉，該院潘學軍教授團隊近期在新污染物光催化高級氧化處理方向取得新進展，團隊圍繞鉬酸鉍催化材料的晶相調(diào)控與構(gòu)效關(guān)系，構(gòu)建了高效可見光驅(qū)動的鉬酸鉍及高碘酸鹽體系，實現(xiàn)了典型抗生素污染物的高效降解。相關(guān)成果發(fā)表于國際期刊《應用催化B：環(huán)境與能源》。
研究示意圖。受訪單位供圖
聚焦治理痛點攻克技術(shù)瓶頸 “新污染物易通過食物鏈累積，治理刻不容緩，急需高效綠色技術(shù)來破解這一難題，守護生態(tài)與健康安全。”潘學軍介紹，這類污染物廣泛存在于地表水、地下水等水環(huán)境中，濃度雖低但危害顯著，不僅會破壞生態(tài)系統(tǒng)平衡，還可能通過食物鏈累積影響人體健康。然而，由于其結(jié)構(gòu)復雜、難以被傳統(tǒng)水處理工藝有效去除，成為當前環(huán)境治理領(lǐng)域的一大痛點。
此前，潘學軍團隊長期深耕新污染物治理與高級氧化技術(shù)研發(fā)。針對這一難題，團隊從材料“晶相—結(jié)構(gòu)—性能”入手開展系統(tǒng)研究。針對新污染物難以被傳統(tǒng)工藝徹底去除的特點，團隊設計了以鉬酸鉍為主體的可見光響應催化材料，并與高碘酸鹽協(xié)同構(gòu)建光驅(qū)動高級氧化體系，通過精細調(diào)控材料晶體結(jié)構(gòu)和表面電子結(jié)構(gòu)，顯著提升了體系對目標污染物的吸附與降解能力。
在最新研究中，團隊合成并對比四種典型鉬酸鉍晶相，揭示其在高碘酸鹽活化中的差異，首次明確鉍—氧鍵活性、三價鉍暴露程度及表面電荷分離效率的關(guān)鍵作用。其中，二鉍六氧化二鉬憑借獨特的奧里維利烏斯層狀結(jié)構(gòu)與優(yōu)異電子行為，實現(xiàn)對典型抗生素氧氟沙星的超快速降解，且在多種天然水體、共存離子及連續(xù)流條件下保持高穩(wěn)定性。
實驗數(shù)據(jù)顯示，該技術(shù)對水中典型抗生素類新污染物的去除率可達95%以上，且能將污染物有效分解，避免了二次污染的產(chǎn)生。與傳統(tǒng)處理技術(shù)相比，新型催化體系還具有反應條件溫和、能耗低、使用壽命長等優(yōu)勢，無需高溫高壓等苛刻條件，便于在現(xiàn)有水處理設施中進行改造應用。
技術(shù)落地可期賦能生態(tài)保護 這一體系不僅用于治理典型抗生素類物質(zhì)，其穩(wěn)定性與抗干擾性，在模擬實際地表水、地下水等多種天然水體以及常見的氯離子、硫酸根離子共存離子及連續(xù)流運條件下，仍能保持優(yōu)異的降解性能，無明顯效率衰減。
“從高碘酸鹽體系的核心作用機制來看，這一技術(shù)體系對全氟化合物、環(huán)境內(nèi)分泌干擾物等新污染物同樣具有治理潛力。”潘學軍教授介紹，由于具有強氧化活性物種的廣譜作用，在可見光驅(qū)動下，高碘酸鹽被激活的同時，能生成包括羥基、碘酰和超氧等自由基，以及光生空穴、單線態(tài)氧等非自由基物種。這些活性物種氧化能力強，且作用機制多樣。
對全氟化合物而言，最難降解的核心是碳—氟鍵鍵能極高，常規(guī)氧化手段很難實現(xiàn)斷裂。該體系產(chǎn)生的羥基自由基與光生空穴有望通過逐步攻擊機制削弱碳—氟鍵穩(wěn)定性，促進其斷裂并將長鏈全氟化合物逐步轉(zhuǎn)化為短鏈中間體，最終實現(xiàn)礦化為氟離子和二氧化碳。
對環(huán)境內(nèi)分泌干擾物而言，其危害源于分子中如雙酚A的酚羥基、鄰苯二甲酸酯的酯基的“激素活性結(jié)構(gòu)”。多種活性物種可優(yōu)先氧化這些關(guān)鍵位點，使污染物失去生物活性并進一步分解為小分子產(chǎn)物，從而有效降低環(huán)境風險。
“新污染物治理是打贏污染防治攻堅戰(zhàn)、保障生態(tài)環(huán)境安全的重要內(nèi)容。”團隊成員、昆明理工大學副教授吳曉勇表示，基于這些結(jié)構(gòu)特點，新的可見光響應催化材料可增強對高碘酸鹽的活化能力，進而提升活性物種的生成量與穩(wěn)定性，為降解結(jié)構(gòu)復雜的全氟化合物、環(huán)境內(nèi)分泌干擾物提供了基礎(chǔ)條件。
目前，該團隊正圍繞環(huán)境功能催化材料與其他處理工藝的耦合應用，開展進一步的放大試驗與工藝優(yōu)化研究，探索在城鎮(zhèn)污水提標、工業(yè)廢水深度處理及再生水新污染物控制中的應用潛力，推動新污染物治理關(guān)鍵技術(shù)的自主創(chuàng)新和成果轉(zhuǎn)化。團隊負責人潘學軍表示，后續(xù)將結(jié)合區(qū)域水環(huán)境特點與工程需求，持續(xù)推進新污染物篩查、遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律及治理技術(shù)的系統(tǒng)研究，為構(gòu)建精準、高效、綠色的水環(huán)境治理體系提供更加堅實的科技支撐。
來源：科技日報
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