抗生素在医疗和畜牧业中的广泛使用,其环境残留引发的微生物抗药性及生态风险已成为全球性挑战。本文研究采用天然蓝铁矿、化学合成蓝铁矿、赤铁矿、黄铁矿和针铁矿活化过一硫酸盐(PMS)降解氧氟沙星(OFX)。重点探究了天然蓝铁矿和合成蓝铁矿的催化性能、机理,获得以下研究结论: (1)通过系列表征对5种含铁纳米矿物进行理化性质表征。研究发现,天然蓝铁矿、化学合成蓝铁矿、赤铁矿、黄铁矿和针铁矿均呈现纳米结构化形貌,展现出纳米效应,其中天然蓝铁矿存在Mn²⁺、Co²⁺、Mg²⁺对Fe²⁺的类质同象置换。天然蓝铁矿相比于合成蓝铁矿,电化学阻抗降低,电子转移容量增加,氧化还原循环能力增强。 (2)天然蓝铁矿/PMS/OFX体系,在最优的条件下,pH=6.24、催化剂投加量0.5g/L、PMS浓度0.5m M,OFX初始浓度为10mg/L,60min内降解OFX达97%,准一级反应速率常数(k=0.1409min^-1)为合成蓝铁矿(0.13235min^-1)的1.06倍、赤铁矿(k=0.00853min^-1)的16.52倍、黄铁矿(k=0.07431min^-1)的1.90倍,针铁矿(k=0.04397min^-1)的3.20倍。天然蓝铁矿在三次循环后仍保持76%降解率。总铁浸出浓度为0.386mg/L(溶出率0.12%)。 (3)机理研究表明天然蓝铁矿/PMS/OFX体系中SO₄^·-和·OH为OFX降解主导活性氧物质。非均相过程主导PMS的活化和OFX降解,蓝铁矿表面的Fe²⁺/Mn²⁺/Co²⁺均是PMS的活性位点,Fe²⁺、Mn²⁺、Co²⁺通过氧化还原循环协同活化PMS。密度泛函理论(DFT)计算结合XPS表征表明,Mn²⁺、Co²⁺、Mg²⁺的类质同象置换引起天然蓝铁矿晶格发生畸变,结构功函数从5.775eV降至5.73eV,供电子能力增强,提高了对PMS的吸附和活化能力。 本研究比较了5种含铁纳米矿物活化PMS降解OFX的性能,提出了天然蓝铁矿的类质同象置换调控机制,揭示了其活化PMS的多金属协同效应及宽pH适应性。天然蓝铁矿/PMS体系兼具高效性、稳定性与低能耗特性,为抗生素废水治理及提供了技术参考,为含铁纳米矿物在环境修复中的应用提供了新思路。