近日，湖南农业大学化学与材料科学学院黄卫教授（校聘）团队在国际环境领域权威期刊 Journal of Hazardous Materials 上发表题为“Targeted sequestration of antimony via adsorption-induced topological transformation on supramolecular microcrystal-functionalized biochar”的研究论文。该研究首次提出“吸附诱导拓扑转变”机制，构建超分子微晶功能化生物炭，实现了对水体中三价锑Sb(III)和五价锑Sb(V)的同时高效深度去除，并探索了饱和吸附剂的资源化利用路径。
这一最新成果标志着该团队在锑污染控制领域的系统性研究迈入新阶段。截至目前，团队在该方向已连续发表5篇中科院一区Top期刊论文，分别发表于 Journal of Hazardous Materials、Chemical Engineering Journal（2篇）、Journal of Colloid and Interface Science 以及 Separation and Purification Technology，形成了从单一功能优化到智能响应型材料设计、从废弃物资源化到闭环循环利用的完整技术链条。
研究背景：锑污染治理的关键挑战
锑（Sb）作为国家战略金属，广泛应用于阻燃剂、合金、电子器件等领域。然而，采矿、冶炼等工业活动导致大量锑进入水环境，成为全球性水污染物。水体中锑主要以Sb(III)和Sb(V)存在，前者毒性强，后者迁移性高。传统吸附材料普遍存在位点屏蔽效应、价态选择性差、再生困难及资源浪费等问题。针对上述难题，黄卫团队以生物质衍生材料为基底，系统探索了功能化修饰、拓扑结构调控、电子效应调控以及“串联修复”等策略，逐步实现了对锑的高效、稳定、可持续治理。
系列代表性工作亮点综述
（一）胺基功能化木质素多孔生物炭用于Sb(III)高效选择性吸附
首项工作针对Sb(III)的高毒性特征，以脱碱木质素为前驱体，通过H3PO4热化学活化制备磷掺杂生物炭骨架，再以聚乙烯亚胺（PEI）进行氨基功能化。该材料利用胺基与Sb(III)的强配位作用，实现了对Sb(III)的高效选择性去除，最大吸附容量显著优于原始生物炭。该研究为后续多功能化吸附剂的设计奠定了材料基础（Chemical Engineering Journal，2024，499，156262）。
（二）胺基质子化驱动的巯基位点自再生双功能化秸秆吸附剂
第二项工作引入巯基与胺基双功能协同策略，以农业秸秆为基底，通过PEI与L-半胱氨酸的共锚定，构建了具有自再生能力的吸附体系。研究发现，在酸性条件下质子化的胺基可有效保护巯基位点，吸附完成后通过简单酸洗即可实现位点再生。该材料在复杂水体中表现出优异的稳定性与循环使用性能（Chemical Engineering Journal，2026，527，171680）。
（三）局域阳离子域超越静电排斥实现Sb(V)靶向去除
第三项工作聚焦于高迁移性Sb(V)的捕获难题。传统吸附剂表面通常带负电，与Sb(V)阴离子存在静电排斥。该研究首次提出“局域阳离子域”策略，通过在生物炭表面构筑高密度正电微环境，有效克服了静电排斥，实现了对Sb(V)的靶向捕获。DFT计算表明，局域阳离子域与Sb(V)之间的强静电吸引是选择性去除的关键驱动力（Journal of Colloid and Interface Science，2026，708，139846）。
（四）将镉污染艾草升级转化为选择性Sb(III)吸附剂：一种串联修复策略
第四项工作针对植物修复后重金属富集生物质的处置难题，提出了“串联修复”策略。研究团队利用已用于修复镉污染土壤的艾草秸秆（Cd主要富集于茎部），通过PEI功能化制备了高性能吸附剂PM。该材料对Sb(III)的最大吸附容量达71.6 mg/g，30分钟内达到平衡，经20次循环后去除率仍保持在83%以上，且无Cd浸出风险。固定床柱实验显示动态吸附容量达50.2 mg/g，LCA评估表明其环境足迹仅为对比材料的23%。该工作真正实现了“以废治废”（Separation and Purification Technology，2026，387，136698）。
（五）超分子微晶功能化生物炭通过吸附诱导拓扑转变实现锑的高效靶向固定
第五项工作是团队的最新突破。通过L-半胱氨酸/胱氨酸与PEI在木质素衍生生物炭骨架上的协同锚定，构筑了有序超分子微晶结构（CPPB）。其在10分钟内可达到90%以上的吸附容量，对Sb(III)和Sb(V)的最大吸附容量分别高达513.5 mg/g和500.9 mg/g，并展现出宽pH适应性（3.0–8.0）、优异抗干扰能力和良好再生性能（10次循环后去除率 > 80%）。研究首次揭示了“吸附诱导拓扑转变”机制：锑物种与活性位点的强配位作用驱动L-胱氨酸由长程有序六方晶格转变为短程无序开放网络，动态暴露被屏蔽的–SH、–NH–、–COOH等高密度位点。吸附饱和后的CPPB还可原位碳化为SbPO4/C复合材料，用作钠离子电池负极，实现了闭环资源化（Journal of Hazardous Materials，2026，512，142330）。
成果意义与未来展望
上述5篇一区Top期刊论文系统展示了黄卫团队在锑污染控制领域的持续创新能力与系统性布局：
1. 从单一价态到同步去除：实现了Sb(III)和Sb(V)的高效共捕获；
2. 从静态吸附到智能响应：提出拓扑转变、质子化自再生、局域阳离子域等新机制；
3. 从废弃物处置到资源循环：既解决了植物修复后重金属生物质的出路问题，又探索了饱和吸附剂的能源化利用路径。
团队的工作不仅为含锑废水深度处理提供了高效、稳定的材料解决方案，也为环境功能材料的智能设计、植物修复残余物的高值转化以及“碳中和”背景下的闭环资源化提供了新范式。
未来，团队将继续围绕农业废弃物高值转化、污染物智能响应材料、废水资源化利用等方向，推动更多基础研究成果向实际工程应用转化。
通讯作者简介
黄卫：博士，教授（校聘），2022年入选湖南农业大学“神农学者”人才工程青年英才B类，2021年在丹麦技术大学获博士学位，长期从事农业废弃物的功能优化及污染物修复领域的研究工作，先后在Water Research、Journal of Hazardous Materials、Chemical Engineering Journal、Journal of Colloid and Interface Science、Separation and Purification Technology等期刊发表相关论文40余篇，申请或授权国家发明专利6项；近年来主持湖南省教育厅重点项目、湖南省自科基金青年项目、湖南省教育厅优秀青年项目；担任ES Food & Agroforestry期刊青年编委、国际电化学学会会员。
相关论文链接
1. J. Hazard. Mater., 2026: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2026.142330
2. Chem. Eng. J., 2024: https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.156262
3. Chem. Eng. J., 2025: https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.171680
4. J. Colloid Interface Sci., 2026: https://doi.org/10.1016/j.jcis.2026.139846
5. Sep. Purif. Technol., 2026: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2025.136698
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