含磷废水（尤其含有机磷农药）是水环境治理的难题，有机磷（OPs）如草甘膦及其代谢产物具有环境持久性和生物毒性，传统方法难以彻底去除；而无机磷（IPs）则是导致水体富营养化的关键因素。现有技术往往只能解决其中一方面问题，如何在一个体系中高效协同处理这两类污染物并回收宝贵的磷资源，是科研界和工程界面临的重大挑战。基于此，为攻克这一难题，石河子大学研究团队创新性地开发出一种双功能N-TiO₂@MBC材料，该材料创造性地将光催化降解与吸附回收功能集成于一体。

实验结果表明，该材料对典型草甘膦农药的降解效率高达95.17%，并在宽pH范围（3.0-11.0）内保持优异性能。更重要的是，它能将约78.05% 的草甘膦定向转化为无机磷酸盐。复合材料对无机磷酸盐展现出高达33.62mg/g吸附容量，即使在含竞争性阴离子（Cl⁻, SO₄^2-, HCO₃^-）的复杂水体中，仍能保持85.3% 以上的吸附能力，最终实现了90%的总磷回收率。此外，该材料还表现出优异的稳定性和环境适应性。经过5次循环使用后，其有机磷降解效率衰减小于8%，磷酸盐吸附容量仍保持在22.06mg/g的高水平，展现出良好的稳定性与可重复利用性。最终在实际应用验证实验中，该技术在处理实际制药废水（含多种有机磷和磷酸盐）的规模测试中达到了94.2% 的总磷去除率。

研究团队结合密度泛函理论（DFT）计算和原位电子顺磁共振（EPR） 等多种先进表征技术，深入揭示了材料的双功能协同机制，即光催化和吸附回收机制：氮掺杂优化了TiO₂的能带结构，显著降低了活化H₂O₂生成关键活性氧（¹O₂, •O₂^-）的能垒，DFT计算显示其能垒较未优化体系降低约48%。这些活性氧是高效降解有机磷的关键。镁修饰生物炭通过强路易斯酸碱相互作用（计算结合能高达-2.41至-4.73 eV）选择性吸附磷酸根离子，并通过表面诱导结晶形成稳定的磷酸镁化合物（如Mg₃(PO₄)₂, MgHPO₄），实现磷的固定化与回收。DFT计算也证实了MgO对磷酸根的选择性远高于其他共存阴离子。N-TiO₂与MBC在复合材料中形成的异质结构发挥了关键协同作用。该结构不仅显著提高了光生载流子的分离效率、降低了其复合率（PL光谱、光电化学测试证实），更实现了“光催化降解有机磷→定向转化为无机磷酸盐→选择性吸附→诱导结晶固定”的连续高效过程。

该项研究提出的“光催化-吸附-结晶”三重协同策略，成功构建了一个处理含磷废水的闭环系统原型。它不仅能彻底矿化有毒的有机磷污染物，降低环境风险，还能循环回收宝贵的磷酸盐资源，有效控制水体富营养化潜力。该双功能材料制备方法相对简便，性能优异且稳定，在处理农业径流、农药生产废水、市政污水等含复杂磷形态的废水方面具有广阔的应用前景，为发展下一代绿色可持续的水资源修复技术提供了重要思路。

相关研究成果以“Engineering bifunctional biochar nanocomposites for enhanced phosphorus removal in wastewater treatment: Simultaneous organophosphorus pesticide degradation and targeted phosphate recovery through crystallization”为题，发表于《Journal of Colloid and Interface Science》上（影响因子：9.9，中科院大类化学分区一区Top期刊）。该研究由石河子大学化学化工学院杨思袆、赵飞（共同一作）共同完成，安雄芳副教授和范建华教授为共同通讯作者，本论文的工作也得到了徐小琳教授的指导。研究得到了国家自然科学基金青年项目（22408237）、石河子大学科研启动项目（RCZK202330）、科技计划区域创新引导计划（2023ZD080）、天池英才计划（CZ002735）和兵团科技计划项目（2024DA052）的资助。

图文：杨思祎、安雄芳

初审：张海洋

复审：刘平

终审：徐炜杰