近日，我所科研团队在海洋生物资源高值化利用方面取得重要研究进展，原创性地提出了一种将贻贝壳变废为宝的资源再利用策略，为海洋生物资源的开发利用开辟新思路，有效助力贝类产业绿色可持续发展。相关研究成果发表在国际化学化工领域顶级学术期刊《Chemical Engineering Journal》(SCI, IF=16.744, 中科院一区Top)。

随着海洋生物资源开发利用的不断推进，海水养殖在生产加工过程中会产生贝壳等大量废弃物。研究表明，贝壳是由占壳重近95%的CaCO₃和5%的有机质以及微量金属元素(Mn、Zn、Se等)组成，呈现出层级的“砖-泥”结构。这种天然的有机-无机交替堆叠层级结构能够赋予其机械强度高、比表面积大、吸附性能好等优良特性。如能加以回收利用，不但可以实现贝壳废弃物的“资源化”、“减量化”、“无害化”，而且可以提高废弃贝壳的附加价值。近年来，国内外众多学者对废弃贝壳的“高值化利用”进行了探索，并将改性贝壳材料成功应用于吸附剂、杀菌剂、土壤改良剂、填充剂、建筑材料、催化剂载体等行业领域。

该项研究首次提出利用废弃贻贝壳作为碳酸根来源和模板，通过控制贝壳前处理方式调控反应体系酸碱度，利用固相原位离子交换的策略实现简易、低成本地绿色合成系列Ag基光催化剂，同时考察了贻贝壳衍生Ag基光催化剂可见光照下的降解性能并解析了相关作用机制。结果显示，加工改性后的贻贝壳具有疏松多孔、比表面积大、分散性好和无毒等优点，其衍生的Ag₂O/Ag₂CO₃ Z型异质结光催化剂表现出高效的光催化活性，可快速降解抗生素和染料等，并且具有良好的稳定性和可重复利用性。通过自由基捕获、电子自旋共振(ESR)和密度泛函理论计算(DFT)等测试，证实了超氧自由基(·O₂^-)和光生空穴(h⁺)等活性基团在光催化过程中发挥了主要作用。贝壳中富含的多种微量金属元素、离子交换反应产生的氧空位以及Z型异质结间高效的光生载流子分离效率也是优异光催化性能的关键所在。

 废弃贻贝壳衍生Ag₂O/Ag₂CO₃ Z型异质结光催化剂制备过程和光催化机理

我所资环中心科研人员鞠鹏副研究员和2020级硕士研究生曹家振为该论文的共同第一作者，我所资环中心孙承君研究员为通讯作者，海洋一所为第一完成单位，自然资源部第四海洋研究所、中国农业科学院烟草研究所和中国海洋大学参与了相关研究工作。该研究得到了国家自然科学基金、海洋一所“束星北”青年学者基金、“鲲鹏”青年学者人才引进经费、广西北部湾海洋资源环境与可持续发展重点实验室开放基金等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140259.