近日，深圳大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院李菊英副教授研究團(tuán)隊(duì)在Water Research（影響因子12.8，中科院1區(qū)，Nature Index期刊）上發(fā)表了題為“Circumneutral Microbial Fenton Catalysis: Harnessing Iron-Redox Synergy for Sustainable Pharmaceutical Degradation”的研究論文。該團(tuán)隊(duì)副教授錢(qián)毅光為第一作者，李菊英為唯一通訊作者。研究成果打破了傳統(tǒng)芬頓技術(shù)對(duì)酸性條件的依賴(lài)，大幅降低能耗與化學(xué)試劑消耗，為制藥廢水的低碳治理提供了新范式。

藥物類(lèi)污染物是環(huán)境備受關(guān)注的新污染物，對(duì)人類(lèi)健康和生態(tài)環(huán)境構(gòu)成極大的潛在威脅。藥物新污染物的“難降解、易殘留”已成為全球水環(huán)境治理的難題。傳統(tǒng)芬頓技術(shù)是降解這類(lèi)污染物的有效手段，但其強(qiáng)酸依賴(lài)性和高化學(xué)品消耗極大限制了其在實(shí)際廢水處理中的應(yīng)用；此外，單一菌株驅(qū)動(dòng)的生物芬頓系統(tǒng)，又因代謝能力有限、環(huán)境適應(yīng)性差，難以應(yīng)對(duì)復(fù)雜污水環(huán)境。本項(xiàng)研究通過(guò)模擬自然水體的氧化還原波動(dòng)，構(gòu)建一種土著功能菌群驅(qū)動(dòng)的“自維持MFenton系統(tǒng)”，為解決水環(huán)境藥物新污染物治理技術(shù)的適應(yīng)性差及高成本、高能耗問(wèn)題提供了新思路。

該研究構(gòu)建一種受自然啟發(fā)的微生物群落驅(qū)動(dòng)的自維持MFenton系統(tǒng)，在近中性環(huán)境下實(shí)現(xiàn)藥物類(lèi)新污染物的高效降解（>80%）。該MFenton系統(tǒng)通過(guò)厭氧-好氧交替循環(huán)，促使異化鐵還原菌群（關(guān)鍵菌屬包括Sporanaerobacter、Sedimentibacter、Clostridium、Petrimonas和Actinomyces等），自主完成“Fe3+ 還原為 Fe2+”（厭氧階段）和 “H2O2生成”（好氧階段），進(jìn)而原位持續(xù)產(chǎn)生HO˙。與傳統(tǒng)芬頓工藝相比，本系統(tǒng)通過(guò)關(guān)鍵菌群的協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)鐵氧化還原循環(huán)的自維持，無(wú)需調(diào)節(jié)pH、能耗降低75%以上，且無(wú)外源化學(xué)試劑投加，具備良好的環(huán)境適應(yīng)性與可持續(xù)性。本研究成果重新界定了微生物驅(qū)動(dòng)高級(jí)氧化技術(shù)的應(yīng)用邊界，為解析自然鐵氧化還原網(wǎng)絡(luò)被工程化改造以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)環(huán)境中污染物去除提供了機(jī)制層面的見(jiàn)解。

這項(xiàng)研究首次證實(shí)，利用天然富集的兼性厭氧鐵還原菌群，可構(gòu)建“自維持微生物芬頓系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)近中性環(huán)境中藥物類(lèi)新污染物的高效降解。其核心優(yōu)勢(shì)在于突破酸性限制，無(wú)需pH調(diào)節(jié)，廣泛適應(yīng)自然水體環(huán)境；通過(guò)微生物群落代謝協(xié)同實(shí)現(xiàn) Fe2+ 和H2O2的原位持續(xù)產(chǎn)生，降低能耗與化學(xué)試劑消耗。這項(xiàng)技術(shù)不僅為制藥廢水治理提供了新方案，還加深了對(duì)水環(huán)境“微生物—鐵氧化還原循環(huán)—污染物降解”耦合機(jī)制的理解，為開(kāi)發(fā)更多低碳環(huán)境修復(fù)技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

此研究由國(guó)家自然科學(xué)基金（42377025、41603121）和武漢工程大學(xué)科學(xué)基金項(xiàng)目（K202261）資助。

原文鏈接: https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.124724