卞兆勇教授团队ACB文章：无氟MXene水凝珠连续活化PMS降解抗生素

近日，北京师范大学卞兆勇教授团队在Applied Catalysis B: Environment and Energy上发表了题为“Continuous peroxymonosufate activation for antibiotics degradation via fluorine-  free-Ti₃C₂T_x-CoFe₂O₄ hydrogel beads: Performance, mechanism and application”的研究论文（DOI：10.1016/j.apcatb.2024.124441）。该研究开发了一种高效且稳定的水凝珠催化剂在连续流系统中活化过硫酸盐（PMS）降解抗生素。利用二维层状无氟MXene（Ff-Ti₃C₂T_x）和CoFe₂O₄纳米微球复合，揭示了高效活PMS的电子转移机制。

新污染物治理成为生态环境质量改善的必然要求，特别是存在范围广、排放量大、毒性效应大的抗生素废水的有效处理已经引起了广泛关注。尖晶石氧化铁氧体纳米材料（MFe₂O₄）具有独特的晶体结构、良好的稳定性、和优异的磁性具备可回收性在活化PMS方面得到了广泛的研究。然而，多相过渡金属催化剂活化PMS仍存在挑战：（1）PMS活化过程中金属价态变化的循环不足导致催化剂失活；（2）过渡金属离子的氧化或沉淀，导致催化剂利用率低；（3）催化剂难以分离和回收利用，导致二次环境污染；（4）粉状材料不能在反应器中长期运行。因此，开发具有长期运行能力的催化剂势在必行。SA分子链上含有大量的羟基和羧基，具有较强的螯合能力和良好的化学稳定性。SA可以与金属离子进行交换和螯合，形成具有良好的三维结构、可回收性好和活性位点丰富的水凝胶。受上述分析的启发，期望通过Ff-Ti₃C₂T_x作为载体负载CoFe₂O₄，合成能够高效活化PMS的催化剂，并与SA凝胶自组装形成水凝珠实现抗生素的持续降解。

本研究巧妙地将层状Ff-Ti₃C₂T_x与微球形CoFe₂O₄自组装，进一步与SA交联合成了Ff-Ti₃C₂T_x-CoFe₂O₄水凝胶流动珠。系统研究了材料复合比、PMS浓度、pH值和循环利用对反应体系的影响。猝灭实验、EPR和探针试验确定了Ff-Ti₃C₂T_x-CoFe₂O₄/PMS体系中活性氧种类和贡献率。电化学测试、原位测试和理论计算证明催化剂与PMS直接发生快速电子转移。Ff-Ti₃C₂T_x-CoFe₂O₄-水凝珠/PMS体系在连续流系统中72 h内对磺胺甲噁唑（SMX）的降解效率保持在96.9% 以上，金属浸出浓度低于1.3 μg·L^-1，耐离子干扰并且可以在复杂水体中高效运行。这项研究为 PMS 活化技术在抗生素降解方面的实际应用提供了重要启示，为废水处理提供了一种可持续的解决方案，展示了在废水处理中应用的潜力和可行性。