【绿色可持续】深圳大学彭孝军院士团队AM:可持续生物质荧光木材,既能用于重金属去除,又能用于太阳能净水

本研究利用农林废弃物木聚糖制备荧光碳点，构建了集Cu²⁺检、吸附与废吸附剂原位转化为光热蒸发器于一体的全闭环水处理体系，实现了重金属污染治理与资源化利用的协同。

深圳大学彭孝军院士、李明乐特聘教授、陈小强特聘教授和南京林业大学黄超伯教授合作以木聚糖为碳源合成氮掺杂荧光碳点，与罗丹明B及ZIF-8复合，在脱木素轻木微通道中原位构筑了双功能复合材料DRZ-CDs-DW，实现对Cu²⁺的高灵敏检测（检测限2.3 nM）与高效吸附（饱和吸附量298.72 mg/g）。吸附后的废吸附剂经原位硫化转化为光热蒸发器DRZ-CDs-DW-CuS，在1.0 kW·m⁻²光照下蒸发速率达3.54 kg·m⁻²·h⁻¹，可用于海水淡化和植物灌溉。该工作构建了“检测—吸附—转化—再利用”的水体重金属处理全闭环体系，实现了环境净化与资源化利用的协同。

相关成果以“Robust Sustainable Biomass Fluorescent Wood for Heavy Metal Removal and Solar Water Purification” 为题发表在《Advanced Materials》上。

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背景介绍

据联合国报告，全球约 21 亿人缺乏安全饮用水，每天约有 1000 名五岁以下儿童因水媒疾病死亡，铜等重金属离子即使在微克级浓度下也会在人体富集并造成严重损伤。目前主流的重金属检测（荧光探针）、去除（膜吸附、化学沉淀）技术存在诸多局限：荧光探针对环境干扰敏感、可重用性差；膜吸附易出现信号漂移，吸附饱和材料焚烧 / 填埋会导致重金属浸出，引发二次污染；且现有技术多为单一功能设计，无法构建集成化的水处理平台，陷入 “线性被动处理” 的困境。

天然轻木因具有三维定向微通道结构，经脱木素处理后孔隙率可达 95% 以上，比表面积提升 20 倍，是理想的可持续水处理基质，但原生木材对 Cu²⁺选择性低、活性位点少，亟需材料层面的功能化升级。研究团队前期以农业废弃物木聚糖为原料合成了荧光碳点，其表面富含羧基、氨基等活性位点，为重金属离子识别与结合提供了基础，在此基础上，团队进一步整合荧光碳点功能化、木材结构工程与太阳能界面蒸发技术，开发了这款全闭环多功能水处理材料。

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文章摘要

本研究以农林废弃物木聚糖为碳源，通过水热法合成氮掺杂荧光碳点，结合罗丹明 B 构建比率型荧光传感体系，再与 ZIF-8 复合并原位生长于脱木素轻木的微通道中，制备出双功能复合材料 DRZ-CDs-DW。该材料对 Cu²⁺展现出优异的检测与吸附性能，检测限低至 2.3 nM，饱和吸附量达 298.72 mg/g；创新性提出 “废吸附剂资源化” 策略，将吸附 Cu²⁺后的 DRZ-CDs-DW 经原位硫化转化为光热蒸发器 DRZ-CDs-DW-CuS，在 1.0 kW・m⁻² 模拟太阳光照射下，蒸发速率达 3.54 kg・m⁻²・h⁻¹，可高效制备纯水并应用于植物灌溉。该工作融合了荧光碳点功能化、木材结构工程与太阳能驱动界面蒸发技术，实现了环境净化与资源升级利用的协同结合，构建了 “检测 - 吸附 - 转化 - 再利用” 的水体重金属处理全闭环体系。

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文章内容

图1. 多功能体系工作流程图。

图2. D-CDs 的合成与结构表征。

图 3.  D-CDs 对 Cu²⁺的荧光响应与选择性

图 4. DR-CDs 的合成与荧光传感性能

图5. 荧光木材 DRZ-CDs-DW 的合成与结构表征。

图6. DRZ-CDs-DW 对 Cu²⁺的吸附性能

图7. DRZ-CDs-DW-CuS 的制备与太阳能蒸发性能。

图8. 基于 DRZ-CDs-DW-CuS 的太阳能脱盐 - 栽培体系。

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总结展望

本研究以农林废弃物木聚糖和天然木材为原料，构建了一款集 Cu²⁺高灵敏检测、高效吸附、废弃材料资源化于一体的生物质荧光木材复合材料，实现了水体重金属处理的 “检测 - 吸附 - 转化 - 再利用” 全闭环，核心创新与优势如下：

1. 绿色可持续性：以低成本、可再生的农林废弃物为原料，合成过程以水为溶剂，避免有毒有机试剂的使用，实现了生物质资源的高值化利用；

2. 高性能检测与吸附：DRZ-CDs-DW 对 Cu²⁺的检测限低至 2.3 nM，饱和吸附量达 298.72 mg/g，且具有良好的选择性、稳定性和可重用性；

3. 废弃物资源化：首次将吸附重金属后的废吸附剂经原位硫化转化为高性能光热蒸发器，蒸发速率达 3.54 kg・m⁻²・h⁻¹，蒸发效率 96.3%，有效避免二次污染，实现 “变废为宝”；

4. 全链条应用：构建了太阳能脱盐 - 农业栽培一体化体系，纯化水达到 WHO 饮用水标准，可直接用于植物灌溉，形成 “重金属去除 - 净水生产 - 农业应用” 的资源循环。

该研究建立了水体重金属污染治理的 “零废弃” 范式，大幅降低了环境修复成本，为农林废弃物的资源化利用提供了新路径。未来，研究团队将进一步开发模块化、可组装的木材基净水塔，结合物联网微传感器和人工智能技术，实现水质的远程实时诊断与自主净化控制，推动该技术在高盐工业废水、酸性矿山废水等复杂水体处理场景中的实际应用。

Yingying Zhang, Yingnan Wu, Zhiyuan Chen, el at. Robust Sustainable Biomass Fluorescent Wood for Heavy Metal Removal and Solar Water Purification, Advanced Materials, 2026; 0:e22271.

https://doi.org/10.1002/adma.202522271

内容信息

封面：文章插图

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