炭基功能材料在能源储存、环境修复领域应用前景广阔，尤其是石墨烯等新型碳纳米材料更是近些年来的研究热点。然而，碳纳米材料制备工艺复杂，成本高昂，很难实现产量化生产。秸秆类生物质农业废弃物富含碳元素，是一种潜在的碳基功能材料来源。利用生物质农业废弃物制备功能碳材料不仅可以为环境修复、能源储存提供廉价新材料，而且能够同时解决农业废弃物处理处置难题，是一种非常理想的“以废治废”新策略。

水污染控制课题组丁大虎副教授利用水稻秸秆为原料，通过磁性负载-限氧热裂解工艺，制备出具有磁性的廉价氮掺杂改性生物质炭材料，该催化剂能够高效催化过硫酸盐降解有机污染物。通过利用电子自旋共振及自由基淬灭分析，验证了体系中硫酸根自由基、羟基自由基、以及单线态氧共同参与了降解反应，其中硫酸根自由基发挥着主要的作用（图1）。

图1 高级氧化体系中活性氧化物种的电子自旋共振波谱信号。

利用液相色谱-质谱分析，推断了农药异丙甲草胺在该氧化体系中的降解途径（图2），并初步探讨了高级氧化工艺过程中，污染物及降解产物对藻类的毒性变化。同时，负载在生物质炭表面的磁性CoFe₂O₄纳米颗粒可以实现催化剂从水中的快速分离，大大提高了其工程化应用前景。该研究为拓展生物质炭基材料应用于水体中有机污染物的降解去除提供了重要的理论依据。

图2 利用HPLC-Q-TOF-MS推测的异丙甲草胺降解途径

相关研究成果近期刊登于环境催化领域权威期刊《Applied Catalysis B：Environmental》（IF：11.698）（https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2019.05.014）。本研究由南京农业大学资环学院水污染控制课题组独立完成，课题组博士研究生刘超为第一作者，丁大虎副教授和蔡天明教授为论文共同通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金项目支持。