本科生科技创新 | 安农团队利用双助光催化剂降解农残

自二十世纪五十年代以来，我国开始较大规模在农业方面使用农药，其高效性和低成本大力地推动了农业的发展。然而，我国农药利用效率低下，加之农田管理技术的滞后，使得农药在自然环境中广泛扩散，已成为水域污染的主要诱因之一。[1]由于农药难以在环境中自然降解，最终会通过生物富集出现在人体内，从而危害人体健康。因此，治理农残刻不容缓。

图1 农药在自然环境的污染目前，我国治理农药污染的方式主要有宣传引导、源头调控、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，对材料种类，环境条件要求严苛，因此寻求新的治理方法至关重要。光催化降解农药已经成为现代化学的重要研究方向，将无机纳米材料与降解农药相结合，直接实现太阳能到化学能的转化，为农药治理提供了新的思路。

图2 农药残余的传统解决方法

经过不断的尝试与实验，我们合成了Pd/MnOx/BiVO4复合纳米材料。其用量指标为每20毫克催化剂可以高效降解100毫升农药废水，并且该物质可以通过滤膜过滤的方式进行回收处理。

钒酸铋(BiVO4)是一种易获得、高稳定性且低毒的光催化半导体材料，人们已在分解水、生产过氧化氢、降解有机污染物方面有着深入的研究。然而，BiVO4光生电荷复合严重，能量利用率低等问题导致限制了BiVO4光催化剂的应用。为应对这些挑战，合成BiVO4十面体以调控晶面结构并且在表面担载双助催化剂是抑制光生电荷复合的有效方法。合成出的BiVO4具有稳定的十面体结构，优异的光吸收性能和突出的电荷分离能力。BiVO4暴露{010}和{110}晶面，光生电子会选择性聚集在{010}晶面上，而光生空穴则选择性聚集在{110} 晶面上，实现光生电子和空穴在空间上的有效分离。将助催化剂选择性沉积到不同晶面，不仅促进了光生电荷参与催化反应过程，还极大地增强了光生电荷分离过程。[2]

图3 主打产品介绍光降解农药的方法相较传统催化剂降解农药的方法所需**人力物力大大减少，材料无公害，降解彻底无二次污染的隐患。**BiVO4复合纳米材料与降解农药有机结合，相较于本体提高降解农药的速率约100倍。同时，我们通过对比BiVO4本体、BiVO4只负载贵金属或金属氧化物、BiVO4同时负载两种助催化剂的降解曲线和降解速率，可以得出在BiVO4上负载贵金属Pd和金属氧化物MnOx，降解农药性能提升效果最好。

图4 钒酸铋双助催化剂的优势

展望未来，BiVO4光催化剂有望从实验室迈向工业化应用，在消毒、生产清洁能源、食品级清理农残、降解各种污染物等方面有着潜在的应用。我们还成立了竹青纳米科技公司，布局光催化降解农药规模化、产业化，希望能为实现质量兴农、绿色兴农、科技兴农，实现生态环境保护和国家粮食安全“双赢”添砖加瓦！

参考文献：

[1]王仕祺.农产品农药残留现状及控制措施分析.食品安全导刊,2024,(09):20-22.DOI:10.16043/j.cnki.cfs.2024.09.002.

[2]戴杜鹃.BiVO4基光催化剂的调控策略及其性能研究[D]. 山东大学, 2023.DOI:10.27272/d.cnki.gshdu.2023.000158.