南华大学曾庆意教授团队在环境领域顶级期刊发表最新研究成果

新湖南客户端 2025-08-15 16:22:02

近日，南华大学曾庆意教授团队在环境领域顶级期刊《Water Research》上发表题为“Solar-activated ZnS@MXene heterostructure for integrated radioactive wastewater treatment and energy harvesting”的研究论文。该研究深入阐明了自驱动光电催化系统（APDCS）中ZnS@MXene阴极通过光电协同作用机制大幅提升铀、有机复合污染废水同步去除效率的内在增强机制，为相关领域开辟了新思路。南华大学刘益林博士和2023级研究生曹苹为共同第一作者，刘益林博士和曾庆意教授为通讯作者。

铀（U）作为兼具放射性与化学毒性的重金属，其污染主要来源于核燃料循环活动。在水体环境中，U(VI)主要以高迁移性的铀酰离子（UO22+）形态存在，且极易与腐殖酸等有机物形成稳定络合物。这一现象不仅阻碍铀的去除，还会屏蔽传统吸附材料的活性位点，降低吸附效果。更为棘手的是，核工业流程中伴生的燃料添加剂、螯合剂等有机污染物会与铀形成复合污染体系，导致常规分离技术效能大幅下降。因此，构建高效的铀/有机污染物协同去除系统已成为实现放射性废水深度净化的关键突破口。

曾庆意教授团队成功构建了创新型自驱动光电催化体系。该系统通过三效协同机制同步完成铀（VI）还原固定、四环素（TCH）降解与清洁发电。在太阳光激发下，TNR与Si PVC双光组件展现出光谱响应互补特性：TiO2纳米棒（TNR）可有效吸收紫外区光子（λ<412 nm），生成电子-空穴对；硅基光伏电池（Si PVC）则通过捕获可见光建立自偏压场，驱动光生电子定向迁移至ZnS@MXene/CF复合阴极。在此过程中，空穴诱导产生的羟基自由基（•OH）能高效氧化降解TCH并分解UO22+-TCH络合物；连续传输至阴极的电子则可将六价铀（U(VI)）还原为稳定态铀氧化物沉淀（U(IV)）。该系统突破性地实现了铀资源回收、有机污染物降解与放射性废水发电的三重协同效能。

该系统在实际应用中表现卓越：在有机干扰物共存条件下效率损失小于5%；在模拟海水体系中对铀的提取效率达99.5%；连续运行15次后性能衰减可忽略不计；在真实太阳光辐射下保持优异性能（铀回收率>97%、污染物降解率>95%）。该研究为放射性废水深度净化、战略资源回收和绿色能源转化提供了一体化解决方案。

摘要图

该成果获国家自然科学基金、湖南省自然科学基金、“三尖”人才项目及南华大学高层次人才项目支持。这是曾庆意教授2020年组建绿色环境能源技术中心以来在含铀废水资源化处理方面取得的系列成果之一。该中心基于前期纳米功能材料研究基础，在铀吸附材料与机理、复杂含铀废水资源化体系等方面已发表SCI论文70余篇，申请专利20余项，获批国家自然科学基金6项、湖南省自然科学基金8项。（刘益林）

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来源：新湖南客户端

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