近日，環(huán)建學(xué)院谷麟、聞海峰團(tuán)隊(duì)在市政污泥綠色處置與高效資源化領(lǐng)域取得重要研究進(jìn)展，研究成果以“污泥中的天然生物光敏劑：胞外聚合物驅(qū)動(dòng)的過硫酸鹽活化實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的抗生素降解”(Natural bio-photosensitizers in sludge: Extracellular polymeric substances (EPS)-driven persulfate activation for sustainable antibiotic degradation)為題，發(fā)表于《清潔生產(chǎn)雜志》(Journal of Cleaner Production)上。論文第一作者為環(huán)建學(xué)院2023級(jí)碩士研究生何易陽，張?chǎng)纬团徭骆碌热藶楣餐髡?，通訊作者為谷麟副教授?/span>上海理工大學(xué)為第一通訊單位，上海交通大學(xué)和日本金澤大學(xué)為合作單位。
基于污泥胞外聚合物分子的光驅(qū)動(dòng)過硫酸鹽活化機(jī)制示意圖
在污水處理廠中，抗生素在活性污泥中的大量積累阻礙了污泥的處理、處置與資源化利用，并影響污泥脫水效能與水資源的可持續(xù)利用。為解決這一問題，該研究提出了一種基于污泥衍生胞外聚合物（EPS）的光敏化策略，利用污泥衍生胞外聚合物固有的光敏特性激活外加過硫酸鹽（PDS），以提升抗生素的協(xié)同降解效能。通過分子光譜、電化學(xué)方法與時(shí)變密度泛函理論（TD-DFT）計(jì)算，研究揭示了污泥胞外聚合物中三類EPS的結(jié)構(gòu)特性與反應(yīng)活性。結(jié)果表明，S-EPS表現(xiàn)出最優(yōu)的硫酸鹽激活能力，在模擬太陽光照射下，180分鐘內(nèi)可實(shí)現(xiàn)72.1%的四環(huán)素（TC）去除效率。結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，S-EPS富含富里酸類物質(zhì)，具有更高的芳香性、不飽和度和更低的碳氧態(tài)，顯示出豐富的類木質(zhì)素和CRAM類組分。這些結(jié)構(gòu)特征增強(qiáng)了其π共軛程度和電子供體能力，有利于光敏態(tài)3EPS與硫酸鹽之間的電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，從而提高了硫酸鹽的光反應(yīng)活性。電化學(xué)與自由基清除實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)，三重態(tài)污泥衍生胞外聚合物主要通過電子轉(zhuǎn)移路徑激活，其中酚羥基和醌類官能團(tuán)起主導(dǎo)作用。DFT與TD-DFT計(jì)算顯示，污泥溶解性胞外聚合物中的代表性分子具有較低的激發(fā)能（ΔE = 4.1076 eV）和較高的振子強(qiáng)度（f = 0.1124），更有利于光敏激活特征。
據(jù)悉，該團(tuán)隊(duì)近期已圍繞市政污水處理廠中剩余污泥的光敏化特性與自催化材料利用在《危險(xiǎn)材料雜志》（Journal of Hazard Materials）、《膠體與界面科學(xué)雜志》（Journal of Colloids and Interface Science、《分離純化技術(shù)》（Separation and Purification Technology）等國(guó)際知名雜志上連續(xù)發(fā)表多篇研究成果，研究結(jié)果不僅揭示了污泥及其衍生物作為可持續(xù)、綠色光敏劑的應(yīng)用潛力，也為污泥的深度處理與高值轉(zhuǎn)化技術(shù)提供了理論基礎(chǔ)，為實(shí)現(xiàn)低碳污水處理與循環(huán)生物經(jīng)濟(jì)目標(biāo)提供了可推廣的技術(shù)路徑。
團(tuán)隊(duì)合影
