科技日报记者 马爱平
记者15日从农业农村部环境保护科研监测所获悉，该所重金属生态毒理与污染修复创新团队创制炭基铁单原子功能材料，明确材料结构与砷去除效能的定量关系，揭示三价砷吸附—氧化协同机制，并展现其环境应用潜力。相关成果日前刊发于国际期刊《先进科学》。
传统铁基材料存在铁活性位点利用率低、组分易团聚、铁浸出等瓶颈，影响其长期稳定应用。针对这一难题，研究团队将铁活性中心以单原子形态锚定于富氮多孔炭载体上，构建了原子级分散的铁活性位点。
论文通讯作者、农业农村部产地环境污染防控重点实验室/天津市农业环境与农产品安全重点实验室副主任孙约兵介绍，单原子铁避免了传统铁颗粒聚集造成的活性位点浪费，使每个铁位点都能更充分参与砷去除过程，同时提升材料稳定性。
研究显示，铁单原子可显著增强炭载体对三价砷的吸附与氧化性能。按铁含量归一化计算，三价砷吸附容量最高达39833毫克每克铁；在复杂水化学环境和天然实际水体中，材料同时具备抗干扰能力、铁组分稳定性以及循环再生性。
机制解析显示，该材料治理砷污染不局限于单纯吸附截留。三价砷能够通过铁—氧—砷单齿内球络合等多重途径被高效捕获；原子级分散的铁活性位点进一步活化水体分子氧，定向生成单线态氧，促进高毒三价砷转化为毒性更低、更易固定的五价砷，构建起“捕获—氧化”协同净化体系。
“该研究证实，单原子铁活性位点在提升铁资源利用效率、实现砷污染深度净化方面具有明显优势。”孙约兵表示，此项成果为废弃生物质高值利用、涉砷水体风险防控及新型修复材料创新研发提供新思路。
（农业农村部环境保护科研监测所供图）
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