S型异质结光催化剂BiFeO3/Cl-g-C3N4同步修复四环素-Cr(VI)复合污染土壤的微生物响应机制与植物毒性评估

针对畜牧业抗生素与重金属复合污染土壤治理难题，华东理工大学水资源与环境工程学院团队创新构建S型异质结光催化剂BiFeO3/Cl-g-C3N4，实现8小时内同步去除89.6%四环素(TC)和75.7% Cr(VI)，显著提升土壤微生物多样性并促进碳氮循环功能菌群增殖，21天自然光照下使深层土壤污染物降低40-50%，为复合污染土壤修复提供绿色解决方案。

　　

在畜牧业快速发展的今天，抗生素滥用与饲料重金属添加导致农田土壤面临双重污染威胁。四环素类抗生素(TC)和六价铬Cr(VI)的复合污染不仅破坏土壤生态平衡，更通过食物链危害人体健康——前者可能引发内分泌紊乱，后者则具有强致癌性。现有修复技术如热脱附、电动修复等存在能耗高、选择性差等缺陷，而传统光催化技术又受制于土壤透光性难题。面对这一环境治理领域的"卡脖子"问题，华东理工大学水资源与环境工程学院的研究团队在《Journal of Environmental Management》发表突破性成果，开发出基于磁性S型异质结光催化剂的土壤修复新策略。

研究团队采用热解法合成具有磁回收特性的BiFeO₃/Cl-g-C₃N₄异质结材料，通过模拟自然光照实验、高通量测序和植物栽培试验等多元手段，系统评估了该体系在静态土壤环境中的修复效能与生态安全性。关键技术包括：优化水分含量（10-40%）以平衡污染物迁移与自由基生成；采用16S rRNA测序解析微生物群落演变；通过盆栽实验比较污染组与修复组对菠菜、甘蓝生长的影响。

水分调控机制
当土壤含水量提升至40%时，TC去除率达72%，过量水分（60%）则因稀释效应导致效率下降。最佳条件下，5%催化剂添加量即可实现Cr(VI)的同步还原与稳定化。

微生物群落重构
修复后土壤中Chloroflexi门菌群丰度提升2.3倍，功能菌群从耐受型（如Bacillus）转变为参与碳氮循环的营养型（如Nitrosomonas），Shannon指数显著提高，表明生态系统功能恢复。

纵深修复效果
21天自然光照下，0-20cm耕作层中TC和Cr(VI)分别减少40.2%和50%，证实光催化反应可穿透典型耕作层深度。

生态风险评估
修复组土壤栽培的菠菜生物量较污染组增加58%，且催化剂磁回收率达92%，避免了二次污染。

该研究创新性地将异质结光催化技术应用于复杂土壤体系，突破传统修复技术选择性差、能耗高的瓶颈。通过构建"吸附-光催化-微生物协同"的多级修复机制，不仅实现污染物高效去除，更促进土壤生态功能重建。研究结果对发展绿色可持续的农田修复技术具有重要指导价值，为《土壤污染防治行动计划》提供了切实可行的技术方案。特别值得注意的是，该催化剂兼具磁回收特性与生物相容性，在规模化应用中展现出显著的成本优势与环境友好性，为复合污染土壤治理开辟了新路径。