近日,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部成都沼氣科學(xué)研究所秸稈資源化利用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在材料合成領(lǐng)域取得突破。該團(tuán)隊(duì)首次利用三元低共熔溶劑技術(shù),開發(fā)出一種兼具高效磷吸附與抗菌功能的復(fù)合材料,為水體富營養(yǎng)化治理與公共衛(wèi)生安全提供了新解決方案。相關(guān)成果日前發(fā)表于國際期刊《先進(jìn)復(fù)合與雜化材料》。
論文通訊作者、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部成都沼氣科學(xué)研究所研究員代立春介紹,研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性采用由葡萄糖、尿素、氯化鑭組成的三元低共熔溶劑作為前驅(qū)體與反應(yīng)介質(zhì),通過一步溶劑熱法,合成出生物質(zhì)炭片負(fù)載的碳酸鑭納米線復(fù)合材料。該材料呈現(xiàn)獨(dú)特的二維層狀結(jié)構(gòu),碳酸鑭納米線均勻分散于生物質(zhì)炭基底中,形成“納米線—炭片”協(xié)同體系。
實(shí)驗(yàn)表明,該材料對高濃度復(fù)雜廢水(如沼液)與低濃度自然水體(如池塘水)均展現(xiàn)出卓越的磷吸附能力,磷去除率均超過99%。吸附機(jī)理研究揭示,配體交換誘導(dǎo)的內(nèi)層絡(luò)合是主導(dǎo)磷酸鹽吸附的核心機(jī)制,而生物質(zhì)炭片表面的含氮官能團(tuán)通過增強(qiáng)對磷酸根的親和力,進(jìn)一步提升了吸附效率。密度泛函理論計(jì)算驗(yàn)證了這一分子級相互作用。
代立春表示,除吸附性能外,該材料還表現(xiàn)出顯著的抗菌功能。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,其對常見致病菌金黃色葡萄球菌的抑制率高達(dá)99.99%,為水處理過程中的微生物污染控制提供了雙重保障。
傳統(tǒng)磷吸附材料多依賴高溫煅燒或多步改性,工藝復(fù)雜且成本較高。而本研究通過低共熔溶劑體系,在溫和條件下實(shí)現(xiàn)“溶劑—反應(yīng)介質(zhì)—模板”三重功能集成,大幅簡化了合成流程。低共熔溶劑由天然生物質(zhì)成分構(gòu)成,具有可降解、低毒性特點(diǎn),符合綠色化學(xué)理念。
我國水體富營養(yǎng)化問題日益嚴(yán)峻,農(nóng)業(yè)面源污染是主要成因之一。“該材料的高效除磷能力可廣泛應(yīng)用于沼液處理、養(yǎng)殖廢水凈化等領(lǐng)域,助力農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展。同時(shí),其抗菌特性在飲用水安全、醫(yī)療廢水處理等方面具有潛在應(yīng)用價(jià)值。”代立春表示,下一步將優(yōu)化材料規(guī)模化生產(chǎn)工藝,并探索其在高磷血癥治療等領(lǐng)域的跨界應(yīng)用。
(農(nóng)業(yè)農(nóng)村部成都沼氣科學(xué)研究所供圖)