近日，环建学院谷麟、闻海峰团队在市政污泥绿色处置与高效资源化领域取得重要研究进展，研究成果以“污泥中的天然生物光敏剂：胞外聚合物驱动的过硫酸盐活化实现可持续的抗生素降解”(Natural bio-photosensitizers in sludge: Extracellular polymeric substances (EPS)-driven persulfate activation for sustainable antibiotic degradation)为题，发表于《清洁生产杂志》(Journal of Cleaner Production)上。论文第一作者为环建学院2023级硕士研究生何易阳，张鑫超和裴媛媛等人为共同作者，通讯作者为谷麟副教授，上海理工大学为第一通讯单位，上海交通大学和日本金泽大学为合作单位。
基于污泥胞外聚合物分子的光驱动过硫酸盐活化机制示意图
在污水处理厂中，抗生素在活性污泥中的大量积累阻碍了污泥的处理、处置与资源化利用，并影响污泥脱水效能与水资源的可持续利用。为解决这一问题，该研究提出了一种基于污泥衍生胞外聚合物（EPS）的光敏化策略，利用污泥衍生胞外聚合物固有的光敏特性激活外加过硫酸盐（PDS），以提升抗生素的协同降解效能。通过分子光谱、电化学方法与时变密度泛函理论（TD-DFT）计算，研究揭示了污泥胞外聚合物中三类EPS的结构特性与反应活性。结果表明，S-EPS表现出最优的硫酸盐激活能力，在模拟太阳光照射下，180分钟内可实现72.1%的四环素（TC）去除效率。结构分析发现，S-EPS富含富里酸类物质，具有更高的芳香性、不饱和度和更低的碳氧态，显示出丰富的类木质素和CRAM类组分。这些结构特征增强了其π共轭程度和电子供体能力，有利于光敏态³EPS与硫酸盐之间的电子转移反应，从而提高了硫酸盐的光反应活性。电化学与自由基清除实验进一步证实，三重态污泥衍生胞外聚合物主要通过电子转移路径激活，其中酚羟基和醌类官能团起主导作用。DFT与TD-DFT计算显示，污泥溶解性胞外聚合物中的代表性分子具有较低的激发能（ΔE = 4.1076 eV）和较高的振子强度（f = 0.1124），更有利于光敏激活特征。
据悉，该团队近期已围绕市政污水处理厂中剩余污泥的光敏化特性与自催化材料利用在《危险材料杂志》（Journal of Hazard Materials）、《胶体与界面科学杂志》（Journal of Colloids and Interface Science、《分离纯化技术》（Separation and Purification Technology）等国际知名杂志上连续发表多篇研究成果，研究结果不仅揭示了污泥及其衍生物作为可持续、绿色光敏剂的应用潜力，也为污泥的深度处理与高值转化技术提供了理论基础，为实现低碳污水处理与循环生物经济目标提供了可推广的技术路径。
团队合影
