光催化耦合微生物同步降解抗生素及機理分析方面獲進展

　　近期，中國科學院城市環境研究所城市污染物轉化重點實驗室在光催化耦合微生物同步降解抗生素及機理分析方面取得新進展。在已有研究的基礎上，對反應體系進行優化設計，在降低光催化材料投加量的情況下，構建了具有快速、高效降解氧四環素(oxytetracycline，OTC)的耦合體系。相關研究成果以Light-excited photoelectrons coupled with bio-photocatalysis enhanced the degradation efficiency of oxytetracycline 為題發表在《水研究》(Water Research)上。

　　光催化耦合微生物同步降解污染物(Intimate coupling of photocatalysis and biodegradation, ICPB)是近年來新興的污染物降解技術。它將光催化反應高效快速的特點與微生物降解的優勢相結合，為水體中污染物的深度降解提供了解決新思路。在ICPB體系中，光催化材料與微生物同時負載在一個載體上，難降解的化合物首先通過光催化氧化的作用被轉化為可生物降解的物質，隨后微生物通過代謝作用對其進行進一步降解，通過該過程的循環進行，化合物能被有效降解甚至完全礦化。

　　然而，傳統觀念認為光催化氧化會對微生物的生存造成危害，因此，為了保證微生物活性不受到來自光照以及活性基團的影響，光催化反應通常發生在載體表面，微生物代謝則發生在載體內部。這會造成兩方面的缺陷：一是，由于載體內部沒有充足的光照，使得需要提高光催化材料的負載量來保證光催化反應的效率；二是，忽略了光激發條件下微生物與半導體材料間的電子轉移效應，而這一過程被證明是有利于污染物降解和環境修復的。

　　為此，研究人員通過使用更大孔隙率載體(孔隙率為95%)的方法，在充分發揮光催化氧化作用的基礎上，激發了微生物與半導體材料在光照條件下的電子傳遞作用，不僅實現了對水體中OTC的降解去除，還大大降低了體系中光催化材料的需求量。研究結果表明，在靜態體系中，在初始濃度為10 mg/L的情況下，約96%的OTC母體能在2 h內被有效去除；在水力停留時間為4.0 h的動態體系中，能在400 h內保持約94%的去除率。此外，β-載脂蛋白-土霉素(β-apo-oxytetracycline)作為一種微生物降解OTC的主要產物，能在土壤中穩定存在，其半衰期約為270天，而在該體系中能在10 min就被降解，體現了該耦合體系對中介代謝產物也具有較好的去除能力。

　　該研究獲得國家自然科學基金、廈門科技計劃及福建省STS項目的資助。