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近日，南華大學(xué)曾慶意教授團(tuán)隊(duì)在環(huán)境領(lǐng)域頂級(jí)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(dòng)光電催化系統(tǒng)（APDCS）中ZnS@MXene陰極通過(guò)光電協(xié)同作用機(jī)制大幅提升鈾、有機(jī)復(fù)合污染廢水同步去除效率的內(nèi)在增強(qiáng)機(jī)制，為相關(guān)領(lǐng)域開(kāi)辟了新思路。南華大學(xué)劉益林博士和2023級(jí)研究生曹蘋(píng)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(lái)源于核燃料循環(huán)活動(dòng)。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(jī)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(huì)屏蔽傳統(tǒng)吸附材料的活性位點(diǎn)，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(jī)污染物會(huì)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(jī)污染物協(xié)同去除系統(tǒng)已成為實(shí)現(xiàn)放射性廢水深度凈化的關(guān)鍵突破口。

曾慶意教授團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建了創(chuàng)新型自驅(qū)動(dòng)光電催化體系。該系統(tǒng)通過(guò)三效協(xié)同機(jī)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(yáng)光激發(fā)下，TNR與Si PVC雙光組件展現(xiàn)出光譜響應(yīng)互補(bǔ)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(duì)；硅基光伏電池（Si PVC）則通過(guò)捕獲可見(jiàn)光建立自偏壓場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)光生電子定向遷移至ZnS@MXene/CF復(fù)合陰極。在此過(guò)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(jià)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(shí)現(xiàn)了鈾資源回收、有機(jī)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(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)卓越：在有機(jī)干擾物共存條件下效率損失小于5%；在模擬海水體系中對(duì)鈾的提取效率達(dá)99.5%；連續(xù)運(yùn)行15次后性能衰減可忽略不計(jì)；在真實(shí)太陽(yáng)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(guó)家自然科學(xué)基金、湖南省自然科學(xué)基金、“三尖”人才項(xiàng)目及南華大學(xué)高層次人才項(xiàng)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(lái)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(jī)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(qǐng)專利20余項(xiàng)，獲批國(guó)家自然科學(xué)基金6項(xiàng)、湖南省自然科學(xué)基金8項(xiàng)。（劉益林）

責(zé)編：金原

一審：金原

二審：蔣茜

三審：周韜

來(lái)源：新湖南客戶端