近日，我院2021级硕士研究生沈俊芳在“负载硫化纳米零价铁生物炭活化过硫酸盐原位去除铜绿微囊藻毒素的效果与机理研究”方面取得了重要进展。以“In-situ removal ofMicrocystin aeruginosaandmicrocystin-LR by biochar supported sulfide nZVI via persulfate activation: Performance, mechanism and degradation pathway”为题的论文被国际期刊Chemical Engineering Journal（SCI一区TOP，IF=15.1）接收。青岛大学为第一作者单位，沈俊芳硕士为第一作者，团队王森副教授、孔范龙副教授为通讯联系人。此研究得到了国家自然科学基金（42277495）及山东省自然科学基金项目（ZR2022MB056，ZR2020MD006）的资助。
蓝藻过度增殖过程中会产生微囊藻毒素-LR（MC-LR），其作为一种肝毒素，严重威胁动物和人类健康。传统的去除方法，如吸附、絮凝沉淀、生物降解以及高锰酸钾法等，存在去除效率低、成本高、易产生副产物等问题。本研究采用共沉淀法制备了硫化纳米零价铁生物炭（S-nZVI-BC），利用过硫酸钾与石蜡加热混合后冷却脱模的方法制备了过硫酸钾（PS）-缓释材料（PSSA），构建了S-nZVI-BC/PSSA体系。研究了pH、竞争物质、S-nZVI-BC质量和过硫酸盐浓度对MC-LR去除效果的影响，揭示了S-nZVI-BC/PSSA体系对MC-LR的去除机理；同时通过将S-nZVI-BC和PSSA引入CW，考察了其对铜绿微囊藻与藻毒素的处理效果，并结合转录组差异基因分析探究了S-nZVI-BC/PSSA体系对铜绿微囊藻的去除机理。主要研究结果如下：（1）确定了S-nZVI-BC的最佳制备方法。当热解温度为700℃、Fe和C的质量比为1:2、Fe和S的摩尔比为40:1时，MC-LR的去除效率高达90.85%，在此条件下制备的S-nZVI-BC被用于后续实验。在pH=7时，MC-LR的去除率最高。在四种竞争物质中，HA的存在对S-nZVI-BC去除MC-LR性能的影响最大（由92%降低至74.1%）。结合经济与环境友好原则，本研究采用了0.1mmol/LPS，0.02mg/LS-nZVI-BC作为反应器实验的用量。（2）考察了S-nZVI-BC/PSSA对铜绿微囊藻与藻毒素的同步去除效果。MC-LR与藻密度呈相反的变化趋势，这主要是由于S-nZVI-BC/PSSA体系的加入导致藻细胞死亡，进而引起MC-LR不断释放到水体中。活性物质对铜绿微囊藻的攻击导致藻细胞应激代谢增加，在S-nZVI-BC/PSSA反应器中引起新的酪氨酸芳香族蛋白和类富里酸物质的积累。Chl-a浓度与藻细胞密度变化趋势基本一致，推测原因是S-nZVI-BC/PSSA产生的活性物质通过抑制Chl-a的合成和光合作用，快速刺激并导致藻细胞死亡。（3）阐明了S-nZVI-BC/PSSA对铜绿微囊藻与藻毒素的作用机理。S-nZVI-BC/PSSA体系主要的活性物种是∙OH、SO4-∙、O2∙和1O2，是自由基与非自由基并存的丰富体系。结合DFT计算与LC/MS检测结果分析可知，MC-LR分子中Adda上的碳-碳共轭双烯键（C=C-C=C）和Mdha上的碳-碳双键（C=C）最可能被S-nZVI-BC/PS产生的活性物质（∙OH、SO4-∙等）氧化，最终生成为CO2和H2O。转录组学分析结果表明，S-nZVI-BC/PASS会使铜绿微囊藻的RNA降解等显著上升，光合作用显著下降，细胞代谢过程紊乱，藻细胞稳态失衡，最终导致藻细胞受损甚至被去除。
综上，S-nZVI-BC/PSSA体系实现了对铜绿微囊藻和MC-LR的原位同步去除，为富营养化水体中铜绿微囊藻和MC-LR的去除提供了新的选择。
