抗生素污染已成为全球性环境问题，传统处理技术难以有效降解这类难降解有机物。铁基双金属催化剂活化过硫酸盐（PMS/PDS）的高级氧化技术，因其高效、低毒、环境友好等特性，成为抗生素废水处理领域的研究热点。本文系统阐述该技术的核心机理、材料设计及应用前景。
技术原理：双金属协同活化机制
单一铁基催化剂存在电子传递效率低、易失活等问题。铁基双金属催化剂通过两种金属的协同作用，显著提升过硫酸盐活化效率。其核心机制包括：
电子供体-受体协同：还原性金属（如Cu、Co）为Fe³⁺提供电子，促进Fe²⁺/Fe³⁺循环再生，持续生成硫酸根自由基（SO₄⁻·）和羟基自由基（·OH）。例如，Cu-Fe双金属体系中，Cu²⁺可快速还原Fe³⁺，使Fe²⁺浓度维持在较高水平。
多活性物种生成：双金属界面可同时激活多种氧化路径，包括自由基路径（SO₄⁻·、·OH）和非自由基路径（单线态氧¹O₂、高价金属氧物种）。实验表明，Mn-Fe双金属催化剂在碱性条件下¹O₂贡献率可达60%，显著提升抗生素分子中富电子基团（如氨基、酚羟基）的降解效率。
材料设计：从结构调控到性能优化
催化剂性能取决于其组成、形貌及表面特性。当前研究聚焦于以下方向：
双金属组分选择：
尖晶石铁氧体（XFe₂O₄）：如CoFe₂O₄，兼具高磁性和稳定性，可通过磁场回收，但合成需高温煅烧（能耗高）。
层状双金属氢氧化物（LDHs）：如NiFe-LDH，比表面积大、活性位点丰富，但pH适应性较差。
普鲁士蓝类似物（PBAs）：如Zn₃[Fe(CN)₆]₂，孔道结构优异，电子转移效率高，但稳定性受环境因素影响。
改性策略：杂原子掺杂（如N、S）、缺陷工程及载体负载（如石墨烯、活性炭）可进一步提升催化活性。例如，氮掺杂碳包覆的Fe-Co双金属催化剂，其SO₄⁻·产率提高2.3倍。
抗生素降解路径与毒性评估
铁基双金属-PMS体系对不同结构抗生素的降解机制存在差异：
磺胺类：SO₄⁻·优先攻击苯环上的氨基和磺酰胺基，生成易降解中间产物。
四环素类：¹O₂主导C=N键断裂和脱甲基反应，最终矿化为CO₂和H₂O。
氟喹诺酮类：高价铁氧物种（Fe⁴⁺=O）选择性氧化C=C键，破坏其抗菌活性中心。
毒性评估显示，多数抗生素经降解后急性毒性显著降低，但部分中间产物（如醌类）仍具潜在生态风险，需结合ECOSAR模型预测其长期影响。
挑战与未来方向
当前技术仍面临催化剂回收成本高、规模化生产难度大等问题。未来研究需关注：
绿色合成方法：以农业废弃物（如秸秆、藻类）为碳源，通过低温热解制备Fe-C双金属复合材料。
反应器设计：耦合电化学或光催化技术，构建多能场协同体系，进一步提升矿化效率。
全流程应用：探索与生物处理单元联用，实现抗生素废水“高效降解-毒性削减-资源回收”一体化。
结语
铁基双金属催化剂活化过硫酸盐技术为抗生素污染治理提供了创新解决方案。通过材料设计-机理阐释-工艺优化的协同创新，有望推动该技术从实验室走向工程应用，为水环境安全保障提供有力支撑。
