松树皮衍生生物质碳点的双功能纳米材料设计：基于甲硝唑荧光检测与光催化降解的协同治理

针对环境中甲硝唑（MNZ）抗生素残留的检测与降解难题，研究人员通过微波热解松树皮制备荧光生物质碳点（BCDs），开发出兼具MNZ高灵敏度检测（检测限0.014 μM）与CoTiO3 （CTO）光催化协同降解（60分钟降解率99.81%）的双功能纳米材料。该研究通过响应面法（RSM）优化工艺，为水体药物污染治理提供绿色解决方案。

　　

抗生素污染已成为后疫情时代最严峻的环境挑战之一。甲硝唑（MNZ）作为广泛使用的抗生素，其在水体中的持久性残留不仅导致生态破坏，更可能通过食物链引发人类健康风险——从食欲减退到癫痫发作。传统水处理技术对MNZ束手无策，而现有检测方法如高效液相色谱又存在成本高、操作复杂等缺陷。更棘手的是，当前多数研究仅聚焦于MNZ的单功能处理，缺乏"检测-降解"一体化方案。

南非瓦尔理工大学的研究团队独辟蹊径，从松树皮（PB）这种农业废弃物中提取出荧光生物质碳点（BCDs），通过微波热解法构建出全球首个兼具MNZ检测与光催化降解双功能的纳米材料系统。这项突破性成果发表于《Inorganic Chemistry Communications》，其核心创新在于将BCDs的荧光传感特性与CoTiO₃
（CTO）的催化活性完美耦合——当BCDs遇到MNZ时会产生430 nm的特征荧光淬灭，而BCDs/CTO复合物在光照下仅需60分钟即可降解99.81%的MNZ，降解速率是纯CTO的4.1倍。

研究采用三大关键技术：微波热解法制备BCDs（省去传统水热法6-8小时的耗时）、Pechini法构建BCDs/CTO异质结、响应面法（RSM）优化降解参数。通过中央复合设计（CCD）模型，团队精准锁定最佳降解条件：pH=9、催化剂负载量5.5 wt%、MNZ初始浓度64.17 mg/L。

研究结果揭示

1. BCDs制备与表征：TEM显示BCDs呈均匀分散的球形结构（直径2-6 nm），FTIR证实其表面富含羟基、羧基等活性基团。这些特性使其对MNZ具有特异性识别能力，检测线性范围0-25 μM。
2. 双功能协同机制：BCDs不仅作为荧光探针，其电子储存能力更有效抑制了CTO的光生电子-空穴复合，使5.5 wt% BCDs/CTO的降解速率常数（0.0786 min^-1
   ）达到纯CTO的6倍。
3. 实际应用验证：在连续5次循环实验中，复合材料保持90%以上的催化效率，且对SMZ、CLP等其他抗生素无交叉反应，展现出优异的稳定性和选择性。

这项研究开创性地实现了"农业废弃物-环境监测-污染治理"的闭环：松树皮这种传统废弃物被赋予新价值，所制BCDs材料兼具"环境哨兵"与"污染清道夫"双重角色。其意义不仅在于提供MNZ治理新方案，更启示我们：自然界的"废料"或许正是解决人工污染物难题的钥匙。正如通讯作者Saheed O. Sanni强调："这种双功能设计突破了传统纳米材料单任务处理的局限，为复杂环境问题提供了一体化解决范式。"该技术若规模化应用，可显著降低水处理成本，尤其适合医疗废水集中处理场景。