南京工业大学制备出降解抗生素废水新型催化剂

近期，南京工业大学张永军课题组采用废旧轮胎作为原料，经过破碎、磁选和低温热解等处理过程，得到了轮胎炭材料;并以铜铈两种金属作为活性组分进行负载，经过高温过程制备得到了新型高效铜铈轮胎炭催化剂。课题组研究发现，该催化剂能高效催化过硫酸盐体系，快速降解氧氟沙星，实现了资源利用和以废治废。相关成果已被环境类旗舰SCI期刊接收AppliedCatalysisB:Environmental(IF=11.698)，并已于近日正式在线刊出。

“目前，国内对于废旧轮胎的处理中，热解法被认为是废轮胎资源化处理的最佳途径之一，它可以实现废轮胎无害化和资源化处理，其中轮胎热解炭被认为是最重要的产品之一，因为它占橡胶轮胎重量的30~40%。因此，高效回收利用轮胎热解炭对于解决废旧轮胎带来的环境问题和经济问题起着至关重要的作用。”张永军说。

“常用的催化剂载体有活性炭、煤炭、TiO2和硅藻土，轮胎炭材料的优势是成本低，使用轮胎炭还可以减轻污染，实现以废治废。”瞄准了轮胎炭之后，课题组开始了寻找高效金属元素及制备方法。

“用铜和铈两种金属作为活性进行负载，负载在轮胎炭上制备成催化剂，这是我们的最大创新点之一。”于杨老师告诉记者。在这之前，课题组成员曾经用各种过渡元素进行了大量实验。论文第一作者刘西扬告诉记者：“贵金属成本较高，这不符合我们‘以废治废’的初衷，我们的目标是使用廉价过渡金属。但我们最初发现单金属元素的效果普遍较差，后来开始尝试多金属掺杂的思路，最终发现铜与铈双金属协同可大幅提高催化活性和稳定性。”催化氧化技术是业界公认的去除难降解污染物的有效手段，也是南工大的传统强项。

氧氟沙星是一种市面上常见的抗生素，每年国内外使用量都巨大，在城市污水处理厂、医院污水、地表水中检出率非常高，但是传统的废水处理技术无法完全消除。“氧氟沙星一般降解采用高级氧化的方法降解，但高级氧化技术降出效率比较低，所以要添加催化剂，”于杨老师告诉记者：“我们制备的铜铈轮胎炭催化剂采用的高级氧化处理技术中的过硫酸盐氧化体系，方便又稳定，可以将大部分有机物质降解为二氧化炭和水。”

在降解氧氟沙星的过程中，课题组进行了多组实验，实验结果显示该催化剂结合微波，表现出了催化过硫酸盐的最佳活性。“在微波的辅助下，铜铈轮胎炭催化剂可高效降解氧氟沙星，TOC去除率可达95%以上。”刘西扬跟记者解释道。

“该成果对开发制备价格低廉且高效的非均相催化剂具有重要的参考价值，阐明了双金属激发过硫酸盐的机制，对过硫酸盐氧化体系的进一步开发具有指导性意义。”张永军老师对该研究的价值充满信心：“这也为废旧轮胎处理处置提供一种新的方式，为难降解有机污染物的控制提供了新的解决方案，为实现‘以废治废’提供了新思路。”