西安建大科研團隊研發雙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，是當前環境治理領域的一大挑戰。2月27日，記者從西安建筑科技大學獲悉，該校修復生態學團隊在新污染低碳高效治理領域取得重要進展，成功構建了一種雙Z-Scheme型生物炭基納米復合光催化劑，為解決水體抗生素污染難題提供了新的技術方案。相關研究成果發表在Nature旗下權威期刊Communications Chemistry（《通訊 化學》，中科院一區TOP期刊）。

殘留抗生素作為一種新污染物，其不僅破壞生態平衡，還可能誘導超級細菌的產生，對人體健康構成潛在威脅。光催化技術因綠色、節能、無二次污染的特點，被視為治理新污染物的“利器”。然而，該技術雖具潛力，但受限于光生載流子復合率高、可見光利用不足、材料穩定性差等問題，難以滿足實際廢水處理需求。

針對上述難題，團隊另辟蹊徑，利用常見的農林廢棄物，制備出高比表面積的多孔生物炭，并采用“超聲-球磨、水熱合成與化學共沉淀”綠色合成策略，率先構建了具有雙Z-Scheme異質結的生物炭基石墨相氮化碳/鎢酸鉍/磷酸銀復合光催化劑（CN/Bi/Ag@ACB）。“這種獨特的結構設計巧妙地利用生物炭作為電子介質與載體，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同機制

實驗數據顯示，在可見光照射下，該新型催化劑對高濃度（50毫克/升）四環素的降解效率顯著，120分鐘內幾乎可實現完全去除，其降解速率是純半導體材料的8.56至13.50倍。在處理實際廢水時，該催化劑對諾氟沙星、氯霉素等多種抗生素也表現出優異的協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的殺菌功能。在48小時內，它對水體中大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的滅菌率高達99%，實現了“去污”與“殺菌”的雙重功效。

新型復合光催化劑CN/Bi/Ag@ACB的制備流程

“這項研究不僅成功研制出低成本、高效穩定的新型光催化劑，更關鍵的是揭示了生物炭在復合體系中‘載體-功能組分’的雙重作用，闡明了其表面特性對催化性能的協同增強機制。這一發現為設計高效穩定的雙Z型光催化劑提供了重要理論依據，也為推動光催化技術在深度水處理和環境修復領域的應用奠定了科學基礎”，論文通訊作者石輝教授表示。（通訊員：肖雯雯）