我校环境与资源学院陈祖亮教授和金晓英教授团队系统报道以矿区常见松针等植物生物质提取液为还原-硫源,一步绿色合成铁硫纳米材料(Bio-FeS),进而原位碳化制备磁性碳包覆催化剂(C-FeS),用于矿山废水多污染物协同去除。该系列研究成果在国际著名期刊已发表和发明专利申请,标志着我校在“零废弃矿山”与“碳中和净水”交叉领域融合迈出关键一步。
以矿区松针等植物固废资源,能获得富含多酚、黄酮的天然还原-硫源提取液。提取液与廉价Fe²⁺、SO₄²⁻混合即可生成粒径20–50 nm的Bio-FeS前驱体;继续碳化,可得比表面积达380 m² /g的磁性C-FeS 炭基材料, 带有饱和磁化强度55 emu/g,实现“合成-分离”一体化。研究发现对Pb(II)、Zn(II)去除率>99.5%;对Sb(III/V)去除率>98%,对2,4-二氯酚、四溴双酚A等难降解有机污染物,降解率>95%,总有机碳去除率>85%;对矿山废水中的钇选择性回收率>96%,对抗生素类污染物降解速率常数提高 2.3 倍,且 FeS 活性保持 90% 以上。我们发现:生物表面活性剂层重构 FeS 电子/自旋结构可触发自由基-非自由基(¹O₂、高价铁)协同路径。该成果发表于 Journal of Colloid and Interface Science,上线 3 个月即成为该期刊 Most Cited Article。
团队进一步构建“植物种类-提取温度-碳化气氛-目标污染物”四维数据库,集成随机森林与NSGA-II多目标优化算法,开发国内首个“Bio-FeS绿色合成在线设计”程序。输入废水类型,输出最佳植物提取液配比与碳化参数,实验验证误差<5%。

福建师范大学为论文第一完成单位, 论文第一作者全部是硕士研究生,分别是:2020李恒,2021杨璐,和2023 叶芳芳,金晓英教授和陈祖亮教授为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金以及福建师范大学创新团队培养计划项目的资助。
近4年来,该团队围绕矿区植物生物质,在生物合成FeS高价值纳米材料和应用在水处理和资源回收的成果,分别在环境与资源、化学和材料等国际著名期刊发表系列论文(中科院一区top 期刊) 6篇,申请发明专利1项。分别是: Journal of Colloid and Interface Science 650 (2023) 1032-1043; Industrial Crops & Products 204 (2023) 117412; Chemical Engineering Journal, 482(2024)148839; Journal of Colloid and Interface Science, 672(2024)299-310; Journal of Colloid and Interface Science, (2025) 137391; Chemical Engineering Journal (2025)167556,发明专利证书:CN 115582096 B。
(环境与资源学院、碳中和现代产业学院)