花生壳生物炭掺杂BiFeO3复合催化剂活化过硫酸盐高效去除水产养殖废水中的抗生素抗性细菌

本研究针对水产养殖废水中抗生素抗性细菌(ARB)污染问题，开发了花生壳生物炭(BC)掺杂BiFeO3(BFO)的新型复合催化剂，通过活化过硫酸盐(PMS)产生SO4•-/1O2/O2•-等活性氧物种，10分钟内实现1.92 log的ARB去除率，为水产养殖废水处理提供了低成本高效解决方案。

　　

抗生素滥用导致的环境抗性基因污染已成为全球健康威胁，水产养殖废水更是ARB的"重灾区"。传统消毒技术如氯化处理会加剧抗性基因传播，紫外线和臭氧则存在副产物风险。面对这一困境，华南农业大学团队在《Biochar》发表创新研究，将农业废弃物花生壳转化为生物炭(BC)，与多铁材料BiFeO₃(BFO)复合，构建出能高效活化PMS的"环境武器"。

研究采用溶胶-凝胶法制备不同BC掺杂比例的BC-BFO催化剂，通过X射线衍射(XRD)和拉曼光谱(Raman)表征材料结构，利用电子顺磁共振(EPR)和化学探针法鉴定活性物种，结合细菌膜通透性检测和抗氧化酶活性分析阐明杀菌机制。实验选用含tetX、qnrS等抗性基因的E. coli DH5α作为模式ARB，并实际检测了养殖场废水中的磺胺类抗性菌。

材料特性揭示性能优势

XRD证实5% BC-BFO成功保留BFO菱形晶相结构，FT-IR显示558.9 cm^-1处Fe-O键振动增强。拉曼光谱中1.22的I_D/I_G值表明该材料具有最高缺陷密度，比表面积达10.5392 m²/g，为PMS活化提供丰富位点。

高效灭菌性能

PMS/5% BC-BFO系统10分钟内实现1.92 log去除，速率常数(0.4401 min^-1)是单独PMS的10倍。对含tetX抗性基因菌株的灭活效果优于intI1基因菌株，实际养殖废水处理中磺胺类抗性菌去除率达0.64 log。

多途径杀菌机制

EPR检测到DMPO-SO₄和TEMP-¹O₂信号，猝灭实验证实SO₄^•-贡献度达61.7%。细菌膜通透性从4.34%飙升至46%，MDA含量上升显示脂质过氧化，ROS水平激增9倍引发"氧化风暴"，最终导致蛋白质破裂和离子泄漏。

环境应用潜力

催化剂经4次循环仍保持62.6%活性，但PO₄^3-和HCO₃^-会抑制反应。微生物群落分析显示，处理后假单胞菌科相对丰度从62.1%升至71.4%，潜在病原菌气单胞菌科有所增加，需后续生态风险评估。

该研究开创性地将农业废弃物与多铁材料结合，不仅为ARB控制提供新思路，更实现了"以废治污"的绿色理念。特别是提出的氧空位介导的PMS活化新机制，为设计高效环境催化剂提供了理论依据。未来研究可优化BC掺杂比例以平衡催化活性与生态安全性，推动该技术向实际应用迈进。