對蝦養殖業作為全球水產經濟的核心支柱產業之一,在規模化、集約化發展進程中,病害防控始終是制約產業提質增效的關鍵環節。為降低魚蝦病害死亡率,各類抗菌、抗真菌藥劑被廣泛應用,其中孔雀石綠因抑菌譜廣、效果明顯、價格低廉等特點,曾在水產養殖領域占據重要地位。
然而,孔雀石綠具有強致癌性、致畸性與致突變性,其殘留可通過食物鏈富集,對人體肝臟、甲狀腺等器官造成不可逆損傷,引發貧血、臟器衰竭甚至惡性腫瘤等疾病。鑒于其嚴重的健康危害,包括中國在內的全球多數國家已將孔雀石綠列為水產養殖違禁藥物,明令禁止在生產與流通環節使用。
但在利益驅動下,部分養殖主體仍存在私下濫用孔雀石綠的行為,給水產食品安全帶來極大隱患。因此,建立一套快速、精準、低成本的孔雀石綠殘留檢測技術,成為保障對蝦產品質量安全、規范水產養殖行業發展的迫切需求。
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當前主流的孔雀石綠檢測方法如液相色譜法、電化學法等,雖具備較高的檢測精度,但存在設備昂貴、操作流程復雜、依賴專業技術人員、難以實現現場快速檢測等弊端。同時,現有檢測前處理環節中使用的吸附材料,普遍存在合成工藝繁瑣、生產成本高、規模化應用受限等問題。在此背景下,胡志明市工業大學研究團隊聚焦農業廢棄物資源化利用,以香蕉莖為原料開發新型吸附檢測材料,為破解孔雀石綠檢測痛點提供了創新思路。
一、孔雀石綠檢測技術現狀與痛點
(一)主流檢測方法及局限性
目前,孔雀石綠的檢測方法主要分為儀器分析法與快速檢測法兩大類。液相色譜-質譜聯用技術(LC-MS)是公認的權威檢測方法,其檢測精度高、定性定量準確,但設備購置與維護成本高昂,樣品前處理步驟繁瑣,需耗費大量有機溶劑,檢測周期長,僅適用于實驗室精準檢測,無法滿足養殖場、市場監管等現場快速篩查需求。
紫外-可見吸收光譜法(UV-Vis)因操作簡便、儀器便攜、檢測成本低等優勢,在基層檢測中應用廣泛,但該方法對樣品中孔雀石綠的濃度要求較高,直接檢測靈敏度不足,需借助吸附材料對目標物進行富集后再測定。電化學法則依賴特異性電極,電極制備工藝復雜,易受水體中其他離子干擾,檢測穩定性有待提升。
(二)傳統吸附材料的應用瓶頸
為提升檢測靈敏度,樣品前處理階段通常會使用吸附材料對孔雀石綠進行分離富集。常見的吸附材料包括石墨烯基復合材料、活性炭、純TiO?納米粒子等。但這些材料存在明顯短板:石墨烯基復合材料的制備需經歷氧化、還原等多道復雜工序,原料成本高;活性炭吸附選擇性差,易吸附水體中其他雜質;純TiO?納米粒子吸附容量低,對低濃度孔雀石綠的富集效果有限。
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此外,上述材料的生產過程往往伴隨高能耗、高污染問題,與綠色環保的產業發展趨勢相悖。因此,開發一種低成本、高吸附性能、易制備的新型吸附材料,成為突破孔雀石綠檢測技術瓶頸的核心方向。
二、香蕉莖基纖維素/TiO?復合材料的制備與吸附機理
(一)原料優勢:香蕉莖的資源化潛力
香蕉作為全球產量最大的熱帶水果之一,其種植過程中會產生大量農業廢棄物,其中香蕉莖的利用率極低,多數被直接丟棄,造成資源浪費與環境污染。研究表明,香蕉莖中纖維素含量高達30%-40%,是一種優質的天然高分子原料。
纖維素分子鏈上富含大量羥基、羧基等活性官能團,具備優異的吸附性能;同時,香蕉莖來源廣泛、價格低廉,其干燥、粉碎等預處理工藝簡單,無需復雜設備,為大規模制備吸附材料提供了可行性。
(二)復合材料的制備工藝
胡志明市工業大學研究團隊采用綠色簡便的工藝路線,制備纖維素/TiO?復合吸附材料,具體步驟如下:
1、原料預處理:將新鮮香蕉莖去除外皮與髓芯,切割成小塊后置于60-80℃烘箱中干燥至恒重,粉碎后過篩得到香蕉莖粉末。
2、纖維素提取:將香蕉莖粉末置于堿性溶液中加熱回流,去除半纖維素與木質素,隨后用酸性溶液中和洗滌,經抽濾、干燥后獲得高純度香蕉莖纖維素。
3、復合改性:將提取的纖維素與TiO?粉末按一定比例混合,加入去離子水形成懸浮液,在恒溫攪拌條件下充分反應,使TiO?粒子均勻負載于纖維素表面。
4、成品制備:將反應后的懸浮液抽濾,收集固體產物并置于烘箱中干燥,研磨后得到纖維素/TiO?復合吸附材料。
該制備工藝全程無需使用有毒有害試劑,操作步驟簡便,可在常溫常壓下進行,明顯降低了生產門檻與成本,適合工業化推廣。
三、復合材料吸附性能與檢測效果驗證
(一)吸附容量測試:遠超傳統材料
研究團隊通過靜態吸附實驗,測定了纖維素/TiO?復合材料對不同濃度孔雀石綠溶液(5-1000mg/L)的吸附性能。結果顯示,該復合材料對孔雀石綠的最大吸附容量可達79.42mg/g,遠超石墨烯/羧甲基纖維素/TiO?復合材料(66.67mg/g)與純TiO?納米粒子(6.3mg/g)。
這一數據表明,香蕉莖基纖維素的引入,不僅大幅提升了材料的吸附容量,還增強了對孔雀石綠的靶向吸附能力,解決了傳統材料吸附效率低的問題。
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(二)檢測靈敏度與準確性分析
將吸附孔雀石綠后的復合材料,采用紫外-可見吸收光譜法進行檢測,實驗結果顯示:該方法對孔雀石綠的最低檢測限為0.023mg/L,定量限為0.068mg/L,意味著即使水體或蝦樣品中孔雀石綠殘留濃度極低,也能被精準識別。
同時,回收率實驗結果表明,該檢測方法的回收率穩定在96%左右,遠高于行業標準要求的80%-120%區間,充分證明了檢測結果的準確性與可靠性。
(三)實際樣品檢測適用性
為驗證材料的實際應用價值,研究團隊選取對蝦養殖廢水與新鮮蝦樣品進行檢測。在養殖廢水檢測中,復合材料可快速富集水體中的孔雀石綠,經光譜檢測后,能準確反映廢水樣品中的殘留濃度;在蝦樣品檢測中,通過簡單的均質、提取、富集步驟,即可實現對蝦組織中孔雀石綠殘留的精準測定,且檢測過程不會對蝦樣品造成二次污染。
這一系列實驗結果表明,纖維素/TiO?復合材料適用于復雜基質樣品的檢測,具備很強的實際應用潛力。
四、應用前景與產業價值
(一)水產養殖檢測領域的革新
纖維素/TiO?復合材料的研發成功,為對蝦養殖及水產行業提供了一種低成本、高效率的孔雀石綠殘留檢測方案。相較于傳統檢測技術,該方案無需昂貴設備,操作簡便,基層養殖戶、市場監管人員均可快速掌握,可實現養殖場源頭篩查、市場流通環節抽檢的全流程覆蓋,有助于打擊孔雀石綠違禁使用行為,保障水產食品安全。
(二)農業廢棄物資源化的新路徑
香蕉莖作為農業廢棄物,其高值化利用一直是行業研究的難點。本研究將香蕉莖轉化為高性能吸附檢測材料,不僅解決了廢棄物污染問題,還創造了新的經濟價值,為農業循環經濟發展提供了可借鑒的模式。未來,這一思路可拓展至甘蔗渣、玉米秸稈等其他農業廢棄物的資源化利用,推動綠色農業產業升級。
(三)環境監測領域的延伸應用
除孔雀石綠外,該復合材料還可通過改性,拓展對水體中其他重金屬離子、有機污染物的吸附檢測能力,應用于工業廢水、生活污水等環境監測領域,具備廣闊的市場前景。
五、結論
胡志明市工業大學研究團隊開發的香蕉莖基纖維素/TiO?復合吸附材料,以農業廢棄物為原料,通過簡單綠色的制備工藝,實現了對蝦養殖及水生廢水中孔雀石綠殘留的高效富集與精準檢測。該材料兼具吸附容量高、檢測靈敏度強、成本低廉、易于推廣等優勢,不僅為水產食品安全檢測提供了創新技術方案,也為農業廢棄物資源化利用開辟了新路徑。
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