近日，廣東省科學院測試分析研究所（中國廣州分析測試中心）開發出一種新型電催化材料實現水中抗病毒藥物殘留高效去除。相關成果分別發表于《化學工程雜志》和《中國化學快報（英文版）》。
咖啡渣生物碳電極制備及電催化降解法維拉韋。受訪者供圖
抗病毒藥物被廣泛應用于治療人和動物流感、皰疹、乙肝等疾病，其在水環境中的持續釋放和積累會對城市水環境系統造成生態危害。研究表明，目前在大部分醫院廢水和城市污水處理廠出水和其受納環境水體中發現典型抗病毒藥物的殘留。利用電催化過程中的氧還原反應（ORR）或電Fenton產生的H2O2來實現對水體中抗病毒藥物的去除是一種綠色、高效的水處理技術。高活性、高穩定性和低成本的新型電催化材料開發對水中抗病毒藥物的高效電化學深度處理和源頭控制具有關鍵作用。
該研究提出一種通過雜原子自摻雜，構建多缺陷位點類石墨烯結構生物碳電極的制備方法，并用于對水中藥物殘留的高效電催化降解。研究人員利用廢棄咖啡渣為原材料，制備了具有雜原子P、S自摻雜類石墨烯結構的生物碳電極，并以典型抗病毒藥物法維拉韋（FAV）為目標物，實現了較寬濃度范圍的高降解率（99%~100%）。在電催化反應過程中，生物碳電極的類石墨烯結構缺陷和摻雜P、S原子的富電子活性位點催化O2轉化生成H2O2，再催化分解為OH·，FAV在O2·-和OH·作用下最終礦化為CO2和H2O（礦化率91.3 %），同時目標物在降解過程中產生的中間產物的生態毒性大為降低。
此外，研究人員將四氧化三鐵（Fe3O4）納米顆粒沉積在還原氧化石墨烯（rGO）上并與蒙脫土（MMT）載體構成的插層結構，制備出新型MMT/rGO/ Fe3O4復合催化顆粒電極，并將其應用于三維電Fenton體系中降解水中抗病毒藥物阿昔洛韋（ACV）。制備的新型復合催化顆粒電極具有高的比表面積、吸附位點和豐富的活性位點，在電催化過程中有利于H2O2的產生，可大幅提高目標物的降解效率，在120 min內，該三維電Fenton體系對ACV降解率可達到100%。MMT/rGO/ Fe3O4顆粒電極的適用范圍寬（pH 3~11），經過10次循環后，ACV的降解效率仍可以達到90%以上。
上述研究為城市水體中化學藥物殘留深度凈化處理和減輕城市污水處理系統負荷提供新的技術和方法，對控制城市次生水環境污染和人體健康風險具有重要意義。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.149543
https://doi.org/10.1016/j.cclet.2023.108514
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