Journal of Hazardous Materials | 中国农业科学院研发新型光催化复合材料高效降解土壤-植物系统中新污染物氟喹诺酮类抗生素

本文报道了中国农业科学院土壤植物互作团队的研究成果。背景：氟喹诺酮类抗生素（FQs）作为新污染物，因化学结构稳定、生物降解性差，在土壤-植物系统中难以高效降解，且传统光催化剂存在电子-空穴复合率高、中间产物毒性不明等局限。研究目的：研发一种新型金属-有机框架改性生物炭复合材料（Ce/MIL-88b-NH2@BC），通过密度泛函理论（DFT）模拟优化材料设计，实现其在可见光下高效光催化降解FQs，并评估其对植物生态毒性的缓解效果。结论：该复合材料在紫外-可见光下90分钟内可降解98.9%的FQs，自然阳光下也可达82.5%的降解率；硫酸根自由基和羟基自由基是主要活性物种，通过哌嗪环断裂和脱羧反应将FQs转化为低毒性产物。生菜实验中，叶片FQs残留量低于1 ng/g，远低于行星边界值；非靶向代谢组学和结构方程模型分析表明，材料通过降解污染物、抑制植物过度应激反应，促进了代谢从“应激防御”向“生长恢复”的转变，揭示了“降解-解毒”协同作用机制。