本科生科技創(chuàng)新 | 安農團隊利用雙助光催化劑降解農殘

自二十世紀五十年代以來，我國開始較大規(guī)模在農業(yè)方面使用農藥，其高效性和低成本大力地推動了農業(yè)的發(fā)展。然而，我國農藥利用效率低下，加之農田管理技術的滯后，使得農藥在自然環(huán)境中廣泛擴散，已成為水域污染的主要誘因之一。[1]由于農藥難以在環(huán)境中自然降解，最終會通過生物富集出現(xiàn)在人體內，從而危害人體健康。因此，治理農殘刻不容緩。

圖1 農藥在自然環(huán)境的污染目前，我國治理農藥污染的方式主要有宣傳引導、源頭調控、合理施用、末端治理。末端治理主要包括吸附法、氧化降解、生物降解，對材料種類，環(huán)境條件要求嚴苛，因此尋求新的治理方法至關重要。光催化降解農藥已經成為現(xiàn)代化學的重要研究方向，將無機納米材料與降解農藥相結合，直接實現(xiàn)太陽能到化學能的轉化，為農藥治理提供了新的思路。

圖2 農藥殘余的傳統(tǒng)解決方法

經過不斷的嘗試與實驗，我們合成了Pd/MnOx/BiVO4復合納米材料。其用量指標為每20毫克催化劑可以高效降解100毫升農藥廢水，并且該物質可以通過濾膜過濾的方式進行回收處理。

釩酸鉍(BiVO4)是一種易獲得、高穩(wěn)定性且低毒的光催化半導體材料，人們已在分解水、生產過氧化氫、降解有機污染物方面有著深入的研究。然而，BiVO4光生電荷復合嚴重，能量利用率低等問題導致限制了BiVO4光催化劑的應用。為應對這些挑戰(zhàn)，合成BiVO4十面體以調控晶面結構并且在表面擔載雙助催化劑是抑制光生電荷復合的有效方法。合成出的BiVO4具有穩(wěn)定的十面體結構，優(yōu)異的光吸收性能和突出的電荷分離能力。BiVO4暴露{010}和{110}晶面，光生電子會選擇性聚集在{010}晶面上，而光生空穴則選擇性聚集在{110} 晶面上，實現(xiàn)光生電子和空穴在空間上的有效分離。將助催化劑選擇性沉積到不同晶面，不僅促進了光生電荷參與催化反應過程，還極大地增強了光生電荷分離過程。[2]

圖3 主打產品介紹光降解農藥的方法相較傳統(tǒng)催化劑降解農藥的方法所需**人力物力大大減少，材料無公害，降解徹底無二次污染的隱患。**BiVO4復合納米材料與降解農藥有機結合，相較于本體提高降解農藥的速率約100倍。同時，我們通過對比BiVO4本體、BiVO4只負載貴金屬或金屬氧化物、BiVO4同時負載兩種助催化劑的降解曲線和降解速率，可以得出在BiVO4上負載貴金屬Pd和金屬氧化物MnOx，降解農藥性能提升效果最好。

圖4 釩酸鉍雙助催化劑的優(yōu)勢

展望未來，BiVO4光催化劑有望從實驗室邁向工業(yè)化應用，在消毒、生產清潔能源、食品級清理農殘、降解各種污染物等方面有著潛在的應用。我們還成立了竹青納米科技公司，布局光催化降解農藥規(guī)?；?、產業(yè)化，希望能為實現(xiàn)質量興農、綠色興農、科技興農，實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境保護和國家糧食安全“雙贏”添磚加瓦！

參考文獻：

[1]王仕祺.農產品農藥殘留現(xiàn)狀及控制措施分析.食品安全導刊,2024,(09):20-22.DOI:10.16043/j.cnki.cfs.2024.09.002.

[2]戴杜鵑.BiVO4基光催化劑的調控策略及其性能研究[D]. 山東大學, 2023.DOI:10.27272/d.cnki.gshdu.2023.000158.