基于蓝藻生物炭粒子电极的3维电化学系统对磺胺甲恶唑的降解

摘要

遵循“以废治废”理念，以机械打捞后的太湖蓝藻这一典型固废为原料，采用高温热解和酸/碱处理的方法制备了环境友好的蓝藻基生物炭，并将其作为3维电化学系统（3DES）中的粒子电极，用于高效催化氧化降解去除水中的典型抗生素磺胺甲恶唑（SMX）。经过热解及酸/碱改性后，生物炭更大的比表面积和更丰富的孔道结构提高了SMX在粒子电极表面的富集能力；而蓝藻中原有的铁、氮等元素掺杂在热解生物炭中有效提高了体系中活性氧物种的产生量，使得体系对SMX的去除率和矿化率均显著提高。在最佳制备和运行条件下（粒子电极制备条件：700℃热解和碱改性；3DES运行条件：电流600 mA、溶液pH为6、粒子电极用量1.00 g/L、水流速300 mL/min、电解质Na2SO4浓度50 mmol/L）,SMX在120 min内去除率可达96%以上；6 h后，水体总有机碳（TOC）去除率可达94%。机理研究表明，3DES中，SMX降解的间接氧化作用（占比84.32%）大于直接氧化作用（占比15.68%）；间接氧化中，HO^·和SO₄^·-在体系中均被检出，但是，未检测出超氧自由基和单线态氧；而相较于SO₄^·-，HO^·对SMX的降解占主导地位（间接氧化中HO^·占比87.31%）。在连续循环使用6次后，3DES对SMX的去除效率仍能保持在85%以上。研究结果为基于蓝藻生物炭粒子电极的3DES在水处理领域的应用提供了技术支撑和理论依据。

关键词

蓝藻基粒子电极 / 3维电化学系统 / 抗生素 / 降解 / 生物炭

基金资助

国家自然科学基金项目（51978341）; 新疆生产建设兵团南疆重点研发项目（2022DB025）; 江苏省生态环境科研项目（2022003）; 江苏省“青蓝工程”优秀青年骨干教师项目; 教育部产学协同育人项目（220602905023838）