新型电催化材料实现水中抗病毒药物残留高效去除

原文地址：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2024/2/517840.shtm

近日，广东省科学院测试分析研究所（中国广州分析测试中心）开发出一种新型电催化材料实现水中抗病毒药物残留高效去除。相关成果分别发表于《化学工程杂志》和《中国化学快报（英文版）》。 

  ?

咖啡渣生物碳电极制备及电催化降解法维拉韦。受访者供图 

抗病毒药物被广泛应用于治疗人和动物流感、疱疹、乙肝等疾病，其在水环境中的持续释放和积累会对城市水环境系统造成生态危害。研究表明，目前在大部分医院废水和城市污水处理厂出水和其受纳环境水体中发现典型抗病毒药物的残留。利用电催化过程中的氧还原反应（ORR）或电Fenton产生的H2O2来实现对水体中抗病毒药物的去除是一种绿色、高效的水处理技术。高活性、高稳定性和低成本的新型电催化材料开发对水中抗病毒药物的高效电化学深度处理和源头控制具有关键作用。

该研究提出一种通过杂原子自掺杂，构建多缺陷位点类石墨烯结构生物碳电极的制备方法，并用于对水中药物残留的高效电催化降解。研究人员利用废弃咖啡渣为原材料，制备了具有杂原子P、S自掺杂类石墨烯结构的生物碳电极，并以典型抗病毒药物法维拉韦（FAV）为目标物，实现了较宽浓度范围的高降解率（99%~100%）。在电催化反应过程中，生物碳电极的类石墨烯结构缺陷和掺杂P、S原子的富电子活性位点催化O2转化生成H2O2，再催化分解为OH·，FAV在O2·-和OH·作用下最终矿化为CO2和H2O（矿化率91.3 %），同时目标物在降解过程中产生的中间产物的生态毒性大为降低。

此外，研究人员将四氧化三铁（Fe3O4）纳米颗粒沉积在还原氧化石墨烯（rGO）上并与蒙脱土（MMT）载体构成的插层结构，制备出新型MMT/rGO/ Fe3O4复合催化颗粒电极，并将其应用于三维电Fenton体系中降解水中抗病毒药物阿昔洛韦（ACV）。制备的新型复合催化颗粒电极具有高的比表面积、吸附位点和丰富的活性位点，在电催化过程中有利于H2O2的产生，可大幅提高目标物的降解效率，在120 min内，该三维电Fenton体系对ACV降解率可达到100%。MMT/rGO/ Fe3O4颗粒电极的适用范围宽（pH 3~11），经过10次循环后，ACV的降解效率仍可以达到90%以上。

上述研究为城市水体中化学药物残留深度净化处理和减轻城市污水处理系统负荷提供新的技术和方法，对控制城市次生水环境污染和人体健康风险具有重要意义。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.149543