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纳米氧化锌（ZnO nanoparticles,ZnO NPs）在各领域的广泛应用导致其难以避免地进入水环境中，而水葫芦植株作为一种入侵式物种，繁殖速度极快且生长时会消耗水中大量溶解氧，近年来造成了许多水域的水质恶化与富营养化。为给水体中ZnO NPs与水葫芦植株的资源化利用同时提供一种有效的方法，本研究利用水葫芦植株对溶液中不同浓度的ZnO NPs进行富集，富集结束时将水葫芦根部制备成纳米氧化锌/生物炭复合材料（ZnO NPs/BC）。并将该材料与过硫酸盐（Persulfate,PS）、UV紫外灯配合使用用于对分子结构复杂、难降解的典型抗生素，盐酸四环素（Tetracycline hydrochloride,TC）的高效降解。在ZnO NPs与水葫芦植株得到资源化利用的同时，还为TC类抗生素废水的处理提供了一种新的方法。本研究的主要成果如下：
(1)水葫芦对ZnO NPs的富集效果与机制分析。水葫芦根部通过分泌粘液摄取ZnO NPs，茎-叶通过沉水部分直接吸收与韧皮部、木质部从根部运输两种作用富集ZnO NPs。根部锌含量约是茎-叶的3.5~9.0倍，含量最高可达2.68%，制备成ZnO NPs/BC后锌含量最高为7.55%。
(2)ZnO NPs/BC的微观表征。富集锌含量对TC降解影响较大，ZnO NPs200/BC对TC降解效果最好，对ZnO NPs200/BC进行FESEM、XRD以及BET表征。结果显示，ZnO NPs在ZnO NPs200/BC表面均匀分散，平均粒径为22.3nm。且与原始BC相比，ZnO NPs200/BC比表面积更大，拥有更多微孔。
(3)最佳试验条件探究。确定0-50min为暗反应，50-120min为光反应。综合考虑TC降解率、降解速率以及反应能耗，确定ZnO NPs200/BC投量0.1g/L、PS浓度1.0mM、UV强度30W以及初始pH值7为最佳反应条件。
(4)常见阴离子与有机物对TC降解的影响。Cl-、SO42-、NO2-、NO3-、H2PO4-、HPO42-、CO32-、HCO3-这八种常见阴离子以及EDTA、HA两种常见天然有机物可通过直接抑制PS分解、掩蔽ZnO NPs/BC表面有利的活性反应位点以及产生反应活性更弱的自由基这三种途径中的一种或几种来对反应产生不同程度的抑制。
(5)自由基贡献度及形成机理分析。ESR图谱与猝灭剂试验结果显示，对TC降解起主要作用的为附着于ZnO NPs/BC表面的SO4·-与HO·，50min时SO4·-与HO?对TC降解的贡献度分别为7.3%、35.73%，120min时分别为19.81%、76.74%。两种自由基的产生机理在暗反应与光反应阶段有所不同，0-50min暗反应PS直接接受来自ZnO NPs/BC含有的持久性自由基（Persistent free radicals,PFRs）的单电子活化形成SO4·-，SO4·-再与O2、H2O结合生成HO·。50-120min光反应，UV激发ZnO NPs产生空穴-电子对，再分别与H2O、O2结合生成HO·，而PS则直接被UV激发形成SO4·-。同时PS也可接受来自ZnO NPs产生的光生电子形成SO4·-，这一协同作用同时促进了PS的活化与ZnO NPs光生空穴-电子对的产生与分离，经计算协同度最高可达0.35。
(6)水葫芦富集法对反应的强化作用探究。在ZnO NPs的刺激下，水葫芦根部分泌了更多的总酚与黄酮类物质，这些酚类化合物可作为PFRs的前驱体，对形成更多的PFRs有利。并且由于形成的PFRs与生物炭基质紧密结合，拥有长达95天的半衰期。ZnO NPs的进入使得水葫芦生物炭基质中形成了许多内部相互连通的微孔，减小了生物炭基质电子传递的阻力，与原始BC相比，ZnO NPs200/BC电化学阻抗明显减小。此特性一方面有利于PFRs电子传递来活化PS，形成更多的SO4·-参与到氧化反应中,另一方面也可以促进体系中的光解反应。其原因是随着阻抗的减小，在PFRs形成过程中产生的电子将更容易进入到ZnO NPs晶体导带中，增强其对紫外光与可见光的吸收能力，从而在UV激发下形成更多的空穴-电子对，并在体系中更快地被PS和O2接受，生成更多的HO·，进一步增强体系对TC的降解能力。
(7)TC降解路径推测。反应体系实现了TOC的有效降解，120min时TOC去除率可达47.53%。HPLC/MS共检测到了16种主要的中间产物，发现SO4·-与HO·可通过攻击TC不同位置上的碳碳双键、酚羟基和氨基来对其进行氧化降解，TC逐渐开环断链并最终被矿化为CO2和H2O。
(1)水葫芦对ZnO NPs的富集效果与机制分析。水葫芦根部通过分泌粘液摄取ZnO NPs，茎-叶通过沉水部分直接吸收与韧皮部、木质部从根部运输两种作用富集ZnO NPs。根部锌含量约是茎-叶的3.5~9.0倍，含量最高可达2.68%，制备成ZnO NPs/BC后锌含量最高为7.55%。
(2)ZnO NPs/BC的微观表征。富集锌含量对TC降解影响较大，ZnO NPs200/BC对TC降解效果最好，对ZnO NPs200/BC进行FESEM、XRD以及BET表征。结果显示，ZnO NPs在ZnO NPs200/BC表面均匀分散，平均粒径为22.3nm。且与原始BC相比，ZnO NPs200/BC比表面积更大，拥有更多微孔。
(3)最佳试验条件探究。确定0-50min为暗反应，50-120min为光反应。综合考虑TC降解率、降解速率以及反应能耗，确定ZnO NPs200/BC投量0.1g/L、PS浓度1.0mM、UV强度30W以及初始pH值7为最佳反应条件。
(4)常见阴离子与有机物对TC降解的影响。Cl-、SO42-、NO2-、NO3-、H2PO4-、HPO42-、CO32-、HCO3-这八种常见阴离子以及EDTA、HA两种常见天然有机物可通过直接抑制PS分解、掩蔽ZnO NPs/BC表面有利的活性反应位点以及产生反应活性更弱的自由基这三种途径中的一种或几种来对反应产生不同程度的抑制。
(5)自由基贡献度及形成机理分析。ESR图谱与猝灭剂试验结果显示，对TC降解起主要作用的为附着于ZnO NPs/BC表面的SO4·-与HO·，50min时SO4·-与HO?对TC降解的贡献度分别为7.3%、35.73%，120min时分别为19.81%、76.74%。两种自由基的产生机理在暗反应与光反应阶段有所不同，0-50min暗反应PS直接接受来自ZnO NPs/BC含有的持久性自由基（Persistent free radicals,PFRs）的单电子活化形成SO4·-，SO4·-再与O2、H2O结合生成HO·。50-120min光反应，UV激发ZnO NPs产生空穴-电子对，再分别与H2O、O2结合生成HO·，而PS则直接被UV激发形成SO4·-。同时PS也可接受来自ZnO NPs产生的光生电子形成SO4·-，这一协同作用同时促进了PS的活化与ZnO NPs光生空穴-电子对的产生与分离，经计算协同度最高可达0.35。
(6)水葫芦富集法对反应的强化作用探究。在ZnO NPs的刺激下，水葫芦根部分泌了更多的总酚与黄酮类物质，这些酚类化合物可作为PFRs的前驱体，对形成更多的PFRs有利。并且由于形成的PFRs与生物炭基质紧密结合，拥有长达95天的半衰期。ZnO NPs的进入使得水葫芦生物炭基质中形成了许多内部相互连通的微孔，减小了生物炭基质电子传递的阻力，与原始BC相比，ZnO NPs200/BC电化学阻抗明显减小。此特性一方面有利于PFRs电子传递来活化PS，形成更多的SO4·-参与到氧化反应中,另一方面也可以促进体系中的光解反应。其原因是随着阻抗的减小，在PFRs形成过程中产生的电子将更容易进入到ZnO NPs晶体导带中，增强其对紫外光与可见光的吸收能力，从而在UV激发下形成更多的空穴-电子对，并在体系中更快地被PS和O2接受，生成更多的HO·，进一步增强体系对TC的降解能力。
(7)TC降解路径推测。反应体系实现了TOC的有效降解，120min时TOC去除率可达47.53%。HPLC/MS共检测到了16种主要的中间产物，发现SO4·-与HO·可通过攻击TC不同位置上的碳碳双键、酚羟基和氨基来对其进行氧化降解，TC逐渐开环断链并最终被矿化为CO2和H2O。