北师大团队开发新型抗生素降解技术，可将阿莫西林转化为无害物质
北师大团队开发新型抗生素降解技术，可将阿莫西林转化为无害物质
北京师范大学水科学研究院张波涛团队与SCIEX合作，在抗生素降解领域取得重要突破。他们开发了一种基于碳纳米纤维负载的Co/Ag双金属纳米颗粒催化剂的非均相活化过一硫酸盐技术，成功实现了对抗生素阿莫西林的高效降解。该研究成果发表在环境领域国际顶级期刊《Journal of Hazardous Materials》上，为抗生素污染治理提供了新的技术视角。
抗生素广泛应用于人类医学、水产养殖和牲畜饲养以治疗微生物传染病。然而，抗生素的过度使用以及随后的排放废水导致抗生素广泛分布在自然界的各个角落。研究表明，水体中发现的抗生素的浓度为10-450μg/L。阿莫西林是一种广泛使用的抗生素，即使在低浓度下也会对环境产生重大影响，因此通过阿莫西林降解效率来评价催化性能。
图1：SCIEX X500R QTOF系统
本研究中，研究人员通过静电纺丝、碳化和化学还原合成了碳纳米纤维负载的Co/Ag双金属纳米颗粒催化剂(Co@CNFs-Ag)，以实现对过一硫酸盐体系的非均相活化。随后，采用多种技术对复合材料进行了表征。最后，通过降解中间体分析阐明了阿莫西林的降解途径。
研究中采用SCIEX X500R QTOF高分辨液质联用系统采集得到总离子流图，并利用强大的数据分析软件鉴定得到10种降解产物。根据鉴定的降解产物，提出了过一硫酸盐体系降解阿莫西林的三种可能反应途径，并解释了降解阿莫西林的动力学过程、自由基机理和降解路径。研究表明，随着反应的进行，高分子质量的中间体浓度逐渐降低，而小分子质量的中间体浓度则上升。主要反应包括硫酸盐和羟基自由基对C-C和C-N共价键的攻击，以及C-N共价键断裂和随后的氧化反应等，最后自由基攻击打开环，降解产物转化为无害的CO2和H2O。
这一发现不仅丰富了抗生素降解的理论基础，更为开发高效、环保的抗生素污染治理技术提供了科学依据，对减轻抗生素对生态系统的危害具有重要意义。
图2：张波涛副教授简介
通讯作者张波涛，北京师范大学副教授，主要从事污染控制化学、环境分析化学和环境功能材料相关研究。主持包括国家自然科学基金和北京市自然基金等项目 9 项，发表论文 60 余篇，其中 SCI TOP 期刊文章 30 余篇，5 篇 ESI 高被引文章，获得省部级奖励 4 次。