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南華大學(xué)曾慶意教授團隊在環(huán)境領(lǐng)域頂級期刊發(fā)表最新研究成果

  新湖南客戶端   2025-08-15 16:22:02

近日,南華大學(xué)曾慶意教授團隊在環(huán)境領(lǐng)域頂級期刊《Water Research》上發(fā)表題為“Solar-activated ZnS@MXene heterostructure for integrated radioactive wastewater treatment and energy harvesting”的研究論文。該研究深入闡明了自驅(qū)動光電催化系統(tǒng)(APDCS)中ZnS@MXene陰極通過光電協(xié)同作用機制大幅提升鈾、有機復(fù)合污染廢水同步去除效率的內(nèi)在增強機制,為相關(guān)領(lǐng)域開辟了新思路。南華大學(xué)劉益林博士和2023級研究生曹蘋為共同第一作者,劉益林博士和曾慶意教授為通訊作者。

鈾(U)作為兼具放射性與化學(xué)毒性的重金屬,其污染主要來源于核燃料循環(huán)活動。在水體環(huán)境中,U(VI)主要以高遷移性的鈾酰離子(UO22+)形態(tài)存在,且極易與腐殖酸等有機物形成穩(wěn)定絡(luò)合物。這一現(xiàn)象不僅阻礙鈾的去除,還會屏蔽傳統(tǒng)吸附材料的活性位點,降低吸附效果。更為棘手的是,核工業(yè)流程中伴生的燃料添加劑、螯合劑等有機污染物會與鈾形成復(fù)合污染體系,導(dǎo)致常規(guī)分離技術(shù)效能大幅下降。因此,構(gòu)建高效的鈾/有機污染物協(xié)同去除系統(tǒng)已成為實現(xiàn)放射性廢水深度凈化的關(guān)鍵突破口。

曾慶意教授團隊成功構(gòu)建了創(chuàng)新型自驅(qū)動光電催化體系。該系統(tǒng)通過三效協(xié)同機制同步完成鈾(VI)還原固定、四環(huán)素(TCH)降解與清潔發(fā)電。在太陽光激發(fā)下,TNR與Si PVC雙光組件展現(xiàn)出光譜響應(yīng)互補特性:TiO2納米棒(TNR)可有效吸收紫外區(qū)光子(λ<412 nm),生成電子-空穴對;硅基光伏電池(Si PVC)則通過捕獲可見光建立自偏壓場,驅(qū)動光生電子定向遷移至ZnS@MXene/CF復(fù)合陰極。在此過程中,空穴誘導(dǎo)產(chǎn)生的羥基自由基(?OH)能高效氧化降解TCH并分解UO22+-TCH絡(luò)合物;連續(xù)傳輸至陰極的電子則可將六價鈾(U(VI))還原為穩(wěn)定態(tài)鈾氧化物沉淀(U(IV))。該系統(tǒng)突破性地實現(xiàn)了鈾資源回收、有機污染物降解與放射性廢水發(fā)電的三重協(xié)同效能。

該系統(tǒng)在實際應(yīng)用中表現(xiàn)卓越:在有機干擾物共存條件下效率損失小于5%;在模擬海水體系中對鈾的提取效率達99.5%;連續(xù)運行15次后性能衰減可忽略不計;在真實太陽光輻射下保持優(yōu)異性能(鈾回收率>97%、污染物降解率>95%)。該研究為放射性廢水深度凈化、戰(zhàn)略資源回收和綠色能源轉(zhuǎn)化提供了一體化解決方案。

摘要圖

該成果獲國家自然科學(xué)基金、湖南省自然科學(xué)基金、“三尖”人才項目及南華大學(xué)高層次人才項目支持。這是曾慶意教授2020年組建綠色環(huán)境能源技術(shù)中心以來在含鈾廢水資源化處理方面取得的系列成果之一。該中心基于前期納米功能材料研究基礎(chǔ),在鈾吸附材料與機理、復(fù)雜含鈾廢水資源化體系等方面已發(fā)表SCI論文70余篇,申請專利20余項,獲批國家自然科學(xué)基金6項、湖南省自然科學(xué)基金8項。(劉益林)

責編:金原

一審:金原

二審:蔣茜

三審:周韜

來源:新湖南客戶端

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