在现代社会，废水处理一直是环境保护领域的重要课题，尤其是废水中抗生素的去除。磺胺间甲氧嘧啶（Sulfamonomethoxine，SMM）作为一种广泛使用的磺胺类抗生素，在环境中具有持久性、高毒性且难以降解。它频繁出现在养殖场、污水处理厂、尿液粪便以及水生环境中。即便浓度很低，长期积累也会引发严重的环境问题，威胁人类健康和生态稳定。传统的光催化 - 生物降解耦合（Intimately Coupled Photocatalysis and Biodegradation，ICPB）技术虽有应用潜力，但也存在诸多缺陷。例如，光催化剂固定在载体外表面，与载体的粘附力不足，在长期生物膜培养过程中容易脱落；微生物不仅在载体内生长，还会在光催化剂表面形成生物膜，遮挡光催化剂，影响系统性能；而且，固定光催化剂的方法还可能引入有毒有机物，抑制功能微生物的生长和活性 。因此，寻找一种更高效、稳定的方法去除废水中的 SMM 迫在眉睫。
为了解决这些难题，来自国内的研究人员开展了一项重要研究。他们构建了一种新型的 ICPB 系统（ICPB-CA），利用海藻酸钙（Calcium Alginate，CA）水凝胶来封装生物膜载体和光催化剂，采用石墨相氮化碳（Graphitic Carbon Nitride，g-C3N4）作为光催化剂。该研究成果发表在《Biochemical Engineering Journal》上。这一研究意义重大，为构建 ICPB 系统提供了新的可行方案，有望实现更高的抗生素去除效率，同时降低其毒性。
在研究过程中，研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先是制备光催化剂 g-C3N4，通过对文献方法稍加修改进行合成；其次是对 g-C3N4和水凝胶进行表征，利用相关技术分析其光吸收特性、结构等。
研究结果如下：
- SMM 去除效率：ICPB-CA 系统对 SMM 的去除效率高达 99.3%，相比单独的光催化和生物降解系统有显著优势。这表明该系统能更有效地将 SMM 从废水中去除。
- 系统稳定性：经过连续三个循环后，SMM 去除效率仍高于 92.5%，展现出较高的稳定性。这得益于 CA 水凝胶显著提高了光催化剂与生物膜载体之间的粘附强度，避免了光催化剂的脱落和微生物对其的遮挡。
- 降解途径：研究人员对不同系统中的降解产物进行了鉴定，从而提出了 ICPB-CA 系统中 SMM 的降解途径。该过程产生了小分子产物，这为深入了解 SMM 的降解机制提供了依据。
- 生物毒性：以大肠杆菌为模型微生物进行生物毒性评估测试，结果显示降解产物的毒性比母体 SMM 更低。这意味着 ICPB-CA 系统能够显著降低 SMM 的抗菌活性，减少对环境的潜在危害。
研究结论和讨论部分强调了 ICPB-CA 系统的重要意义。该系统成功避免了传统 ICPB 系统存在的问题，实现了光催化剂和生物膜载体的回收与再利用。在可见光照射下，不仅能高效降解 SMM，还能降低其毒性。这一研究成果为解决废水中抗生素污染问题提供了新的方向和技术支持，有望在实际废水处理中得到广泛应用，为环境保护和人类健康做出重要贡献。
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