工业、医疗和农业活动导致大量未经处理或未使用的四环素(TC)通过排放或渗透进入水体,全球范围内均有检测到。含有抗生素(如四环素)的废水不仅会破坏生态环境,还会增强生物体的抗生素抗性(Wang等人,2025a)。传统的处理方法(如吸附、过滤和生物过程)无法完全分解这些污染物,甚至可能导致二次污染(Abed和Faisal,2023)。因此,迫切需要开发有效的技术方法来应对这一紧迫的环境挑战。
目前,光催化、微波催化和基于过硫酸盐的先进氧化过程(AOPs)在水中污染物的降解方面受到了广泛关注。光催化降解过程具有高效和低能耗的特点,但其实际应用受到光生电子寿命短的限制(Yang等人,2025a)。微波催化技术通过加热和微波激发能够高效快速地去除污染物;然而,它对反应条件和设备有严格的要求,使得成本控制和大规模应用变得困难(Wang等人,2025b)。基于PMS的AOPs由于其高氧化还原电位(E0=1.75 eV)、便于运输和储存以及对反应条件的广泛适应性而受到广泛欢迎,并在抗生素降解方面表现出优异的性能(Yang等人,2025b)。
金属有机框架(MOFs)是通过金属基次级构建单元(SBUs)和多齿配体之间的配位形成的多孔材料,其配位强度和方向性比氢键更强(Zhang等人,2025)。MOFs衍生物材料可以加速电子转移,激活H2O2/PMS来降解水污染物,并在AOPs中表现出良好的性能(Chávez等人,2021;Du和Zhou,2021;Sharma和Feng,2019)。普鲁士蓝类似物(PBAs)是典型的MOFs;Xu等人和Guo等人合成的PBAs在PMS活化的污染物降解方面表现出色(Guo等人,2023;Xu等人,2022)。由钴和铁组成的双金属体系在标准氧化还原电位上存在显著差异,这有助于反应体系内的价态循环,从而使催化剂具有比单金属对应物更强的催化活性(Li等人,2025a)。然而,现有的过渡金属催化剂(如基于MOF的催化剂)仍存在金属浸出率高、稳定性差和回收问题,阻碍了其长期使用(Luo等人,2025)。
金属磷化物(MxPy)在提高催化活性方面得到了广泛应用,MxPy中的三种不同化学键(M-M、M-P和P-P)导致了多种电子和晶体结构的形成,从而表现出更好的催化活性。Cai等人通过水热法和低温磷酸化成功制备了FexP颗粒,并获得了比Fe2O3更高的催化活性(Cai等人,2020)。与硫化物和氮化物相比,过渡金属磷化物在催化应用(如氢化、脱氢)方面表现出明显的优势(Oyama等人,2009;Su等人,2017)。过渡金属磷化物具有优异的金属特性,具有更高的电子转移率和更多的氧化还原活性位点,而双金属磷化物则表现出更出色的性能。Gao等人构建了CoF2Px/PMS体系,减少了催化剂的金属浸出,优化了金属离子的循环,并提高了稳定性和激活PMS的能力(Gao等人,2022)。
在环境修复领域,基于PMS的AOPs具有广泛的应用前景。目前,设计具有高活性、低金属浸出率和成本效益的异质催化剂已成为该领域的迫切任务。为了应对这一挑战,我们设计了一种基于磷化物的多金属PBA/PMS催化体系,以提高催化性能并实现快速高效的污染物去除。该设计为未来的大规模应用提供了实际的技术支持。
在本研究中,通过共沉淀和磷酸化方法合成了三种PBAs(Ni-Co-P、Ni-Co@Fe-P和Ni-Co@Fe-Co-P),采用了界面诱导收缩的方法。其中,Ni-Co@Fe-Co-P因其卓越的PMS活化能力而脱颖而出。它在广泛的pH范围内表现出良好的适应性,在共存离子和实际水环境中仍保持高催化效率。我们确定了Ni-Co@Fe-Co-P/PMS体系中与TC降解相关的几种可能途径。此外,我们还进行了模拟,以预测降解中间产物的生物毒性和生态毒性。经济分析模拟进一步证实Ni-Co@Fe-Co-P在实际应用中既经济又高效。这些结果不仅为磷酸化PBAs的研发和应用提供了新的视角,也拓宽了它们处理实际废水的潜力。