Search近日，浙江大学基础交叉研究院交叉原创板块成员、化学工程与生物工程学院柏浩教授在Asvanced Materials发表题为“Bioinspired Artificial Plant for Deep Soil Heavy Metal Remediation”的研究论文。
土壤重金属污染已成为全球性环境问题，重金属具有不可生物降解、易迁移扩散等，对生态系统与人体健康构成长期威胁。传统土壤修复技术如土壤淋洗、固化稳定化等，存在能耗高、易产生二次污染等缺陷；而吸附法虽低耗高效，但其粉末吸附剂难以回收且传质效率低下。植物修复因绿色经济、适合原位大面积处理备受关注，超富集植物可利用根系吸收与蒸腾作用驱动重金属离子迁移，但因植物生长周期长、根系深度不足 1 米，仍难以应对深层土壤污染扩散问题。因此，亟需研发可突破传统植物修复深度限制、高效治理深层土壤重金属污染的新型技术。
针对上述瓶颈，研究人员模拟植物的蒸腾作用与选择性吸附机制，采用定向冷冻模板法制备出具有定向多孔结构的壳聚糖/ 改性活性炭气凝胶（BAMC），构建出可用于深层土壤修复的人工植物系统。该材料具备低弯曲度通道，可实现定向传质，结合碳纳米颗粒的光热效应驱动太阳能蒸发，为离子对流迁移提供动力；同时其纳米活性位点保障了高效吸附性能。测试结果显示，该气凝胶在 1 倍太阳光强下蒸发速率可达 3.36 kg・m⁻²・h⁻¹，对铜离子吸附容量为 139.2 mg・g⁻¹，7 天内模拟土壤重金属去除率达 70.2%。研究通过染料示踪与定量分析，阐明了对流-吸附耦合驱动深层离子快速去除的机制，该系统可实现 1.5 米深度土壤的有效修复，突破传统植物修复深度极限，同时对铬、镉、铅、锌等多种重金属均有良好修复效果，在不同土质中均能稳定发挥作用，具备长期使用稳定性与规模化应用潜力。这项研究成功开发的仿生定向多孔吸附材料 BAMC，为深层土壤重金属污染修复提供了绿色高效的新路径。
仿生定向多孔 mCNPs/壳聚糖气凝胶（BAMCs）的制备、结构及基本特性
原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.73102
