抗生素污染已成為全球性環(huán)境問題，傳統(tǒng)處理技術(shù)難以有效降解這類難降解有機物。鐵基雙金屬催化劑活化過硫酸鹽（PMS/PDS）的高級氧化技術(shù)，因其高效、低毒、環(huán)境友好等特性，成為抗生素廢水處理領(lǐng)域的研究熱點。本文系統(tǒng)闡述該技術(shù)的核心機理、材料設(shè)計及應(yīng)用前景。

技術(shù)原理：雙金屬協(xié)同活化機制

單一鐵基催化劑存在電子傳遞效率低、易失活等問題。鐵基雙金屬催化劑通過兩種金屬的協(xié)同作用，顯著提升過硫酸鹽活化效率。其核心機制包括：

電子供體-受體協(xié)同：還原性金屬（如Cu、Co）為Fe3?提供電子，促進(jìn)Fe2?/Fe3?循環(huán)再生，持續(xù)生成硫酸根自由基（SO??·）和羥基自由基（·OH）。例如，Cu-Fe雙金屬體系中，Cu2?可快速還原Fe3?，使Fe2?濃度維持在較高水平。

多活性物種生成：雙金屬界面可同時激活多種氧化路徑，包括自由基路徑（SO??·、·OH）和非自由基路徑（單線態(tài)氧1O?、高價金屬氧物種）。實驗表明，Mn-Fe雙金屬催化劑在堿性條件下1O?貢獻(xiàn)率可達(dá)60%，顯著提升抗生素分子中富電子基團(tuán)（如氨基、酚羥基）的降解效率。

材料設(shè)計：從結(jié)構(gòu)調(diào)控到性能優(yōu)化

催化劑性能取決于其組成、形貌及表面特性。當(dāng)前研究聚焦于以下方向：

雙金屬組分選擇：

尖晶石鐵氧體（XFe?O?）：如CoFe?O?，兼具高磁性和穩(wěn)定性，可通過磁場回收，但合成需高溫煅燒（能耗高）。

層狀雙金屬氫氧化物（LDHs）：如NiFe-LDH，比表面積大、活性位點豐富，但pH適應(yīng)性較差。

普魯士藍(lán)類似物（PBAs）：如Zn?[Fe(CN)?]?，孔道結(jié)構(gòu)優(yōu)異，電子轉(zhuǎn)移效率高，但穩(wěn)定性受環(huán)境因素影響。

改性策略：雜原子摻雜（如N、S）、缺陷工程及載體負(fù)載（如石墨烯、活性炭）可進(jìn)一步提升催化活性。例如，氮摻雜碳包覆的Fe-Co雙金屬催化劑，其SO??·產(chǎn)率提高2.3倍。

抗生素降解路徑與毒性評估

鐵基雙金屬-PMS體系對不同結(jié)構(gòu)抗生素的降解機制存在差異：

磺胺類：SO??·優(yōu)先攻擊苯環(huán)上的氨基和磺酰胺基，生成易降解中間產(chǎn)物。

四環(huán)素類：1O?主導(dǎo)C=N鍵斷裂和脫甲基反應(yīng)，最終礦化為CO?和H?O。

氟喹諾酮類：高價鐵氧物種（Fe??=O）選擇性氧化C=C鍵，破壞其抗菌活性中心。

毒性評估顯示，多數(shù)抗生素經(jīng)降解后急性毒性顯著降低，但部分中間產(chǎn)物（如醌類）仍具潛在生態(tài)風(fēng)險，需結(jié)合ECOSAR模型預(yù)測其長期影響。

挑戰(zhàn)與未來方向

當(dāng)前技術(shù)仍面臨催化劑回收成本高、規(guī)模化生產(chǎn)難度大等問題。未來研究需關(guān)注：

綠色合成方法：以農(nóng)業(yè)廢棄物（如秸稈、藻類）為碳源，通過低溫?zé)峤庵苽銯e-C雙金屬復(fù)合材料。

反應(yīng)器設(shè)計：耦合電化學(xué)或光催化技術(shù)，構(gòu)建多能場協(xié)同體系，進(jìn)一步提升礦化效率。

全流程應(yīng)用：探索與生物處理單元聯(lián)用，實現(xiàn)抗生素廢水“高效降解-毒性削減-資源回收”一體化。

結(jié)語

鐵基雙金屬催化劑活化過硫酸鹽技術(shù)為抗生素污染治理提供了創(chuàng)新解決方案。通過材料設(shè)計-機理闡釋-工藝優(yōu)化的協(xié)同創(chuàng)新，有望推動該技術(shù)從實驗室走向工程應(yīng)用，為水環(huán)境安全保障提供有力支撐。