农药在防治有害生物方面发挥了非常重要作用，但是残留在环境中的农药也会对非靶标生物及人类健康造成潜在威胁。除草剂是用量最大的农药，大多数除草剂水溶性较好，是最容易污染水体的农药，如何有效去除水环境中的除草剂残留一直是研究人员关注的问题。
2024年7月9日，柏连阳院士团队在环境科学与生态学领域一区Top期刊Journal of Cleaner Production（IF5Y：10.2）发表了题为“Preparation of β-cyclodextrin-reduced graphene oxide aerogel and its application for adsorption of herbicides”的研究论文。
本研究以1,2,3,4-丁烷四羧酸(BTCA)为交联剂，采用自组装水热法制备了β-环糊精还原氧化石墨烯(β-CD-BTCA-rGO)气凝胶。自组装过程涉及“软”β-环糊精(β-CD)与“硬”氧化石墨烯(GO)纳米片的交联，形成稳定的β-CD-BTCA-rGO气凝胶。制备的β-CD-BTCA-rGO气凝胶具有优异的吸附性能力。β-CD-BTCA-rGO气凝胶对长残留除草剂甲磺草胺和二氯喹啉酸的吸附量分别为62.3和46.8 mg/g，显著高于还原氧化石墨烯(rGO)气凝胶和柠檬酸交联的还原氧化石墨烯(β-CD-CA-rGO)气凝胶，对二氯喹啉酸吸附量分别是rGO和β-CD-CA-rGO的1.8倍和12倍。在密度泛函理论（DFT）水平进行的量子化学计算利用Fukui函数预测化学反应位点，表明交联剂BTCA通过羟基和羧基表面功能团与GO形成稳定的化学键（酯键），从而形成了稳定的多孔气凝胶。此外，我们还定量测定了各种吸附机理的最高已占据分子轨道-最低未占据分子轨道(HOMO-LUMO)能隙，揭示了静电吸附是气凝胶吸附的主要机理。本研究制备的β-CD-BTCA-rGO气凝胶作为吸附剂具有经济可行性和良好的重现性，在农药污染水环境修复中具有广阔的应用前景。
β-CD-BTCA-rGO气凝胶的制备及吸附机制
湖南农业大学植物保护学院硕士研究生姚婷和陈红为共同第一作者，柏连阳院士和刘开林教授为共同通讯作者。硕士研究生罗越、郑千琦、涂丁娣，博士研究生邵小蓝，湖南农业大学植物保护学院严蓓老师，北卡罗莱纳州立大学李慧博士和湖南省产商品质量检验研究院戴金凤老师参与了研究工作。该研究得到了国家重点研发项目的资助。