碳氧双缺陷工程化ZnAl-LDH浮性纳米片对新兴污染物的高效光降解：铝作用机理与毒性评估

　　本研究成功开发了新型浮性光催化剂EPLDH，通过碳氧双缺陷工程（EPR证实）和Z型异质结电荷转移机制，在可见光下实现对尼特吡胺（NTP）等22种新兴污染物（ECs）的高效降解。EPLDH0.2/Vis系统在40分钟内完全去除NTP（效率为对照组的1.6倍），其优势源于形态调控、缺陷工程与浮性界面富集的协同作用，显著提升活性氧（ROS如1O2、•O2?和h+）生成效率。流动式太阳光实验验证了其实际应用潜力，毒性评估证实矿化后环境安全性显著提升。

　　

¹化学试剂

本研究使用的实验材料均采购自知名供应商。九水合硝酸铝（纯度≥99.0%）购自国药集团化学试剂有限公司，盐酸四环素和尿素（纯度均≥99.0%）由阿拉丁工业公司提供。其他试剂包括碳酰胺（尿素）、EDTA二钠和六水合硝酸锌（均符合≥99.0%纯度标准）同样源自阿拉丁公司。

²光催化剂的形貌与结构表征

通过扫描电子显微镜（SEM）对合成催化剂的形貌和微观结构进行了研究。未改性的ZnAl-LDH呈现出具有光滑表面和紧密堆叠层状的层状结构（图2A）。相比之下，原始膨胀珍珠岩（EP）显示出粗糙的多孔形态（图2B），为ZnAl-LDH固定化提供了理想基底。形成复合材料（EPLDH0.2）后，ZnAl-LDH纳米片均匀地锚定在EP表面（图2C），形成了促进污染物富集和光催化反应的互连三维网络。高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）进一步揭示了EPLDH0.2中约0.26纳米和0.15纳米的晶格条纹（图2D），分别对应于ZnAl-LDH的（012）和（110）晶面。选区电子衍射（SAED）图谱中的清晰衍射环（图2E）证实了纳米片的结晶性质。能量色散X射线光谱（EDS）元素 mapping（图2F）显示Zn、Al、O和C在EPLDH0.2中均匀分布，验证了ZnAl-LDH在EP载体上的成功负载。

³结论

本研究成功合成了一种创新的浮性光催化剂，命名为EPLDH，其在可见光照射下对尼特吡胺（NTP）表现出优异的富集能力和降解效率。电子顺磁共振（EPR）分析表明，EPLDH催化剂中设计的碳氧双缺陷电子结构显著提高了光生电子-空穴对的分离效率。至关重要的是，表面配位诱导的负电荷减少被确定为驱动优化样品EPLDH0.2卓越催化性能的关键因素。降解动力学实验表明，EPLDH0.2/Vis系统在40分钟内实现了NTP的完全去除，效率比对照组（EP/Vis：62%；ZnAl-LDH/Vis：67%）高1.6倍。这种卓越性能源于协同效应：（1）形貌调控和缺陷工程，（2）高效的Z型异质结电荷转移，以及（3）催化剂浮性实现的界面富集，共同促进了活性氧（ROS）的生成和利用。EPLDH0.2表现出广谱降解能力，高效去除了22种新兴污染物（ECs），凸显了其抗干扰能力和普适性。在自然阳光下进行的固定化双连续流系统中的实际验证证实了对NTP、双酚A和环丙沙星的高去除效率，为水生微污染物修复提供了一种经济高效的解决方案。通过淬灭实验和ESR分析，确定¹O₂、•O₂^?和h⁺是主要的活性物种。基于中间体分析、Fukui指数计算和静电势分布，提出了NTP的降解途径，包括烷基链断裂、亲核开环和脱羧。生态毒性评估证实矿化后毒性显著降低，确保了环境安全性。