石南属（Cistus）物种的非靶向代谢组学分析及其与抗胆碱酯酶药物治疗阿尔茨海默病效果的关联：体外和计算机模拟评估

《Journal of Ethnopharmacology》：Non-targeted metabolomic profiling of Cistus species and association with anticholinesterase efficacy for Alzheimer’s disease: In vitro and in silico evaluation

　　基于水热碳化与低氧煅烧协同制备的TiO?/biochar光催化复合材料，显著提升NH?吸附与降解性能。实验表明，0.5g复合材料在紫外光照下1分钟内将10ppm NH?浓度降至3.73ppm，且具备优异循环稳定性与可见光响应能力。通过调控孔隙结构、保留官能团及形成Ti-O-C键，实现吸附-光催化协同增效机制，为氨气污染治理提供新策略。

　　氨是一种重要的大气污染物，其去除对于保障人类健康和环境安全具有重要意义。本研究旨在通过将传统吸附技术与光催化技术相结合，开发一种新型的二氧化钛/生物炭光催化复合材料。该复合材料通过水热碳化和低氧煅烧的方法合成。实验结果表明，该复合材料在吸附和降解氨方面表现出显著的性能。具体而言，当浓度为10 ppm的氨以1 L/min的流速连续注入时，0.5 g的复合材料在紫外光照射下迅速将氨浓度降低至3.73 ppm。该复合材料不仅表现出优异的稳定性，还具有良好的可重复使用性和对自然光的响应能力。

水热碳化过程有效地保留了水炭中的含氧官能团，并将金属氧化物稳定地结合在碳载体上。而低氧煅烧则显著提高了复合材料的孔隙率，并促进了二氧化钛活性位点的形成。高比表面积、分级孔隙结构以及碳载体上丰富的含氧官能团的协同作用，显著提升了氨的吸附能力。此外，碳载体的优异电子储存能力促进了电子-空穴的有效分离，从而提高了光催化效率。当二氧化钛固定在碳载体上时，形成Ti-O-C键可以降低带隙能量，增强其对可见光的响应能力。水热碳化和低氧煅烧的结合，同时提升了复合材料的吸附和光催化降解能力。本研究引入了一种新的氨去除方法，将光催化反应从紫外光扩展到可见光，从而拓宽了太阳能在环境治理中的应用范围。

氨作为一种具有刺激性气味的污染物，是PM2.5的主要组成部分之一，具有强烈的毒性和腐蚀性。即使在较低浓度下，它也会对人眼和上呼吸道产生刺激作用。氨的排放主要来源于农业活动、工业生产、家禽养殖和畜牧业，以及各种其他来源，如含氮肥料、垃圾填埋场、污水处理、制冷行业、机动车尾气和厨房及卫生废弃物。因此，有效去除氨对于保护环境质量和减少反复发生的雾霾事件至关重要。

目前的氨处理方法包括物理方法如吸附和冷凝、化学方法如化学洗涤、氧化和催化分解，以及生物方法如生物过滤和滴滤。然而，这些方法各自存在明显的缺点：冷凝会产生废液和二次污染，化学洗涤具有腐蚀性和较高的成本，而生物方法则具有较长的反应周期，且需要特定的条件。尽管吸附技术被广泛推荐，但其吸附容量有限，并且在达到饱和后会失去效果。为了解决这些局限性，本研究结合了吸附与光催化技术，这种技术具有环保、高效、常温运行且不产生二次污染的优点。

二氧化钛（TiO?）作为一种广泛研究的光催化材料，因其低毒性和良好的化学稳定性而受到关注，但大多数研究集中于其对水体污染物的光催化降解，而非气态污染物。TiO?在实际应用中受到其宽禁带和易团聚的限制。将TiO?固定在载体上已被证明可以有效解决这些问题。碳材料，特别是生物炭，因其丰富的官能团、高比表面积和可生物降解性而受到广泛关注。生物炭作为TiO?的载体具有成本低、稳定性好和环保等优点。

加载TiO?的载体方法会影响其结合力、物理化学性质和催化活性。传统方法如浸渍后高温煅烧可能导致TiO?在载体表面团聚，或在洗涤过程中损失大量Ti。此外，高温碳化产生的碳材料中微孔结构比例较高，可能阻碍污染物向催化剂的扩散，而负载的TiO?可能堵塞孔隙结构。水热碳化则可以更均匀地分散催化剂，同时保留丰富的含氧官能团，尽管其比表面积和孔隙结构可能不够发达。

因此，本研究将水热碳化与低氧煅烧相结合。水热碳化有助于催化剂在碳载体上的均匀分布，而低氧煅烧则将催化剂前驱体转化为二氧化钛，并赋予水炭丰富的孔隙结构，从而实现优异的吸附和光催化降解能力。在本研究中，四丁基钛酸酯被用作钛源，玉米秸秆（CS）作为碳源。通过水热碳化结合低氧煅烧的方法制备了负载二氧化钛的光催化复合材料。通过将这些复合材料与采用浸渍后低氧或厌氧煅烧方法制备的复合材料进行比较，评估了其吸附和光催化降解性能以及可重复使用性。同时，优化了反应条件，分析了复合材料的物理化学性质，并探讨了吸附-降解机制。本研究提供了一种新型的绿色吸附-光催化降解方法，用于氨的去除，并将光催化反应从紫外光扩展到可见光，从而拓宽了太阳能在环境治理中的应用范围。

本研究中使用的材料包括玉米秸秆，该秸秆采自中国辽宁省沈阳市。玉米秸秆在空气中干燥后，通过40目筛进行粉碎，并储存在密封袋中。四丁基钛酸酯（纯度≥99.5%）由上海阿拉丁生化科技股份有限公司提供。商业二氧化钛（P25）由上海耐成生物科技有限公司供应。由木屑制备的活性炭（BC）由河南宏宁净化材料有限公司购买。无水乙醇（纯度≥99.7%）由Sinopod公司采购。

为了提供进一步研究的基础，对通过不同方法制备的光催化复合材料的物理化学性质进行了分析，以深入了解这些复合材料对氨的吸附和降解机制。XRD图谱（图1(a)和(b)）显示，P25、HTC-A、HTC-O和BC-O等复合材料中存在用于光催化氨降解的TiO?晶体结构。这些复合材料（HTC和BC）通过不同的煅烧方法制备，表现出相同的特性。

研究结果表明，TiO?/生物炭光催化复合材料通过水热碳化结合低氧煅烧的方法制备，这种方法保留了含氧官能团，提高了复合材料的孔隙率，并将活性位点稳定地结合在碳载体上，从而减少了TiO?的团聚。该复合材料在氨的吸附和降解方面表现出显著的性能，并且具有良好的可重复使用性。与纯二氧化钛（P25）相比，TiO?/生物炭复合材料具有以下优势：1）材料的吸附和降解能力显著增强，能够有效去除氨；2）材料的稳定性良好，可重复使用性能优异；3）材料对可见光的响应能力显著提高，从而提升了光催化效率。

本研究的作者贡献声明如下：Shuang E负责撰写原始稿件、数据整理和概念设计；Jiaxing Sun负责数据整理；Kaiying Wang负责监督和概念设计；Ximing Zhang负责撰写和编辑、监督、资金获取和概念设计。作者声明他们没有已知的可能影响本研究报告的财务利益或个人关系。

本研究得到了中国国家重点研发计划（项目编号：2021YFD2000801）、国家自然科学基金（项目编号：22208291）以及辽宁省科学研究项目（项目编号：LJKMZ20221001）的支持。这些研究项目为本研究提供了必要的资金和技术支持，使得新型光催化复合材料的开发和应用成为可能。