蓝藻水华释放的微囊藻毒素-LR(MC-LR)是已知最强的肝肿瘤促进剂之一。其分子结构中独特的Adda侧链(含共轭双键和甲氧基)是发挥肝毒性的关键药效官能团,也是分子中最难被攻击的部位。传统的臭氧和·OH氧化虽然能降解MC-LR,但往往优先攻击其环状多肽结构,对Adda侧链的破坏效率不高,可能导致毒性并未完全消除。因此,评估一个高级氧化体系对MC-LR的解毒效能,必须聚焦于其对Adda侧链的破坏。光芬顿技术将光催化与芬顿反应耦合,利用光生电子加速Fe³⁺/Fe²⁺循环,持续催化H₂O₂产生·OH。黄铁矿(FeS₂)是一种窄带隙、可见光响应的天然半导体,且是优异的芬顿催化剂铁源。将其与g-C₃N₄复合构建异质结,可以克服各自光生载流子复合快的缺点。
研究证实,FeS₂和g-C₃N₄之间形成了Z型异质结。在可见光照射下,该异质结高效分离光生电荷,同时FeS₂表面持续发生Fe²⁺/Fe³⁺循环,催化微量H₂O₂产生大量·OH。在降解MC-LR的实验中,FeS₂/g-C₃N₄+vis+H₂O₂体系在30分钟内即可将初始浓度为1mg/L的MC-LR近乎完全去除。高效液相色谱-高分辨质谱的分析结果显示,该体系不仅快速降解了母体MC-LR,而且其产生的中间产物中,Adda侧链的共轭双键被加成的羟基化产物占主导地位,表明·OH成功攻击并破坏了Adda侧链的毒性官能团。进一步的蛋白磷酸酶抑制实验证实,处理后的水样毒性被消除了99%以上,实现了真正的“解毒”。
该催化剂在5次循环使用后,仍保持高效的催化活性和稳定的晶体结构,Fe和S离子的溶出浓度极低。该研究巧妙利用天然矿物与人工半导体构建Z型异质结,既保证了高效的光生电荷分离,又提供了可持续的芬顿催化活性位点。其成功降解并解除了水中顽固的蓝藻毒素MC-LR的毒性,为应对日益严峻的有害藻华带来的饮用水安全挑战,提供了高效的深度净化材料和技术方案。
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