西安建大科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)雙Z型生物炭基新材料高效去除水中新污染物

如何高效、低成本地去除水中的抗生素等新污染物，是當(dāng)前環(huán)境治理領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)。2月27日，記者從西安建筑科技大學(xué)獲悉，該校修復(fù)生態(tài)學(xué)團(tuán)隊(duì)在新污染低碳高效治理領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，成功構(gòu)建了一種雙Z-Scheme型生物炭基納米復(fù)合光催化劑，為解決水體抗生素污染難題提供了新的技術(shù)方案。相關(guān)研究成果發(fā)表在Nature旗下權(quán)威期刊Communications Chemistry（《通訊 化學(xué)》，中科院一區(qū)TOP期刊）。

殘留抗生素作為一種新污染物，其不僅破壞生態(tài)平衡，還可能誘導(dǎo)超級(jí)細(xì)菌的產(chǎn)生，對(duì)人體健康構(gòu)成潛在威脅。光催化技術(shù)因綠色、節(jié)能、無二次污染的特點(diǎn)，被視為治理新污染物的“利器”。然而，該技術(shù)雖具潛力，但受限于光生載流子復(fù)合率高、可見光利用不足、材料穩(wěn)定性差等問題，難以滿足實(shí)際廢水處理需求。

針對(duì)上述難題，團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，利用常見的農(nóng)林廢棄物，制備出高比表面積的多孔生物炭，并采用“超聲-球磨、水熱合成與化學(xué)共沉淀”綠色合成策略，率先構(gòu)建了具有雙Z-Scheme異質(zhì)結(jié)的生物炭基石墨相氮化碳/鎢酸鉍/磷酸銀復(fù)合光催化劑（CN/Bi/Ag@ACB）。“這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙地利用生物炭作為電子介質(zhì)與載體，通過雙Z-Scheme載流子傳輸通道，不僅顯著拓寬了可見光響應(yīng)范圍，更從根本上提升了光生載流子的分離效率。”論文第一作者兼通訊作者，青年教師王彤彤介紹。

該新型光催化劑高效去除新污染物協(xié)同機(jī)制

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在可見光照射下，該新型催化劑對(duì)高濃度（50毫克/升）四環(huán)素的降解效率顯著，120分鐘內(nèi)幾乎可實(shí)現(xiàn)完全去除，其降解速率是純半導(dǎo)體材料的8.56至13.50倍。在處理實(shí)際廢水時(shí)，該催化劑對(duì)諾氟沙星、氯霉素等多種抗生素也表現(xiàn)出優(yōu)異的協(xié)同去除效果和抗干擾能力。值得一提的是，該催化劑還具備持續(xù)的殺菌功能。在48小時(shí)內(nèi)，它對(duì)水體中大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的滅菌率高達(dá)99%，實(shí)現(xiàn)了“去污”與“殺菌”的雙重功效。

新型復(fù)合光催化劑CN/Bi/Ag@ACB的制備流程

“這項(xiàng)研究不僅成功研制出低成本、高效穩(wěn)定的新型光催化劑，更關(guān)鍵的是揭示了生物炭在復(fù)合體系中‘載體-功能組分’的雙重作用，闡明了其表面特性對(duì)催化性能的協(xié)同增強(qiáng)機(jī)制。這一發(fā)現(xiàn)為設(shè)計(jì)高效穩(wěn)定的雙Z型光催化劑提供了重要理論依據(jù)，也為推動(dòng)光催化技術(shù)在深度水處理和環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了科學(xué)基礎(chǔ)”，論文通訊作者石輝教授表示。（通訊員：肖雯雯）