CN113816501B

CN113816501B - 一种同步实现塑料降解及重金属还原的生物光电化学试剂及其制备方法

Info

Publication number: CN113816501B
Application number: CN202110979100.3A
Authority: CN
Inventors: 叶捷; 胡安东; 陈一平; 周顺桂
Original assignee: Fujian Agriculture and Forestry University
Current assignee: Fujian Agriculture and Forestry University
Priority date: 2021-08-25
Filing date: 2021-08-25
Publication date: 2022-08-12
Anticipated expiration: 2041-08-25
Also published as: CN113816501A

Abstract

本发明公开了一种同步实现塑料降解及重金属还原的生物光电化学试剂及其制备方法，其含有光敏剂和化能异养微生物。该试剂基于附着于化能异养菌细胞膜上的光敏剂在光照条件下能够将污水中的塑料降解为有机酸，而降解产物能够被化能异养微生物利用，进而将污水中的重金属还原成金属单质。这些金属单质能够通过自沉淀作用附着于微生物及光敏剂表面，从而提高异养微生物的细胞活性及光敏剂的光捕获效率，进而有效驱动污水中塑料降解及重金属还原。本发明中的光电化学试剂不受限于特殊的反应条件，能够以普遍存在的太阳光为驱动力实现污水中的塑料降解及重金属还原，操作简单易行，具有较高的应用价值和经济价值。

Description

一种同步实现塑料降解及重金属还原的生物光电化学试剂及其制备方法

技术领域

本发明属于环境治理领域，具体涉及一种同步实现塑料降解及重金属还原的生物光电化学试剂及其制备方法。

背景技术

塑料污染，也称白色污染，主要是指由聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等高分子化合物制成的塑料制品在使用后被随意弃置而造成的生态环境污染。这些塑料仅有10％会被回收再利用，剩余的大部分会通过堆积或填埋等方法残留于环境介质中。有研究表明，塑料广泛分布于淡水、海洋及地下水环境中，不仅会造成严重的环境污染，也是极大的资源浪费。

常用的塑料处理方法主要包括焚烧、填埋和化学降解，但这些方法在处理污水中的塑料时存在耗时耗力、易造成环境二次污染等问题。例如填埋法虽然在短期内有一定的效果，但该方法需要先将污水中塑料进行回收，填埋后的塑料不仅难以风化，而且会阻碍地下水的疏通与渗透；焚烧法则会产生大量的气体污染物，例如二恶英等，从而造成严重的二次污染。生物法是近年来塑料降解的一种新兴技术，其主要是利用微生物所特有的塑料降解酶侵蚀塑料，但该方法目前也存在诸多问题，如降解菌株不易筛选或降解周期长等；此外污水中还含有重金属等物质，也会对塑料降解菌产生毒害作用，从而影响塑料降解效果。因此急需开发新型的塑料处理技术。

专利CN112724460A公开了一种通过三维电化学降解聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的方法。其采用溶解挂膜的方法，将固态PET以熔融态包裹于粒子电极上，并填充在三维电化学装置的阴阳极板间，进而对粒子电极表面的PET塑料进行电化学降解。但该方法操作复杂且需要外加电源，不利于大规模的推广应用。专利CN112023714B公开了一种可吸附和降解微塑料的功能化碳纤维膜及其制备方法，其将胺肟修饰的聚丙烯腈纤维膜与金属盐在水热条件下进行自组装反应后，在还原气氛下煅烧，从而制备可吸附和降解微塑料的功能化碳纤维膜。但是该碳纤维膜的制备方法复杂，且需要通过电芬顿氧化法才能实现塑料降解，耗能高。

因此，开发一种不仅能够高效降解塑料，而且还能进一步处理重金属的方法，对于塑料以及重金属污染体系的环境治理具有极为重要的意义。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供了一种能够同步处理塑料和重金属的生物光电化学试剂(说明书附图图1)。该试剂基于附着于化能异养菌细胞膜上的光敏剂在光照条件下能够将污水中的塑料降解为有机酸，而降解产物能够被化能异养微生物利用，进而将污水中的重金属还原成金属单质。这些金属单质能够通过自沉淀作用附着于微生物及光敏剂表面，然后通过其等离子体激发效应或构建异质结等方式提高异养微生物的细胞活性及光敏剂的光捕获效率。该过程能够实现循环驱动污水中塑料降解及重金属还原。

本发明的第一个方面，提供一种用于污水处理的生物光电化学试剂，该生物光电化学试剂含有光敏剂和化能异养微生物。

根据本发明的第一个方面，在本发明的一些实施方式中，所述生物光电化学试剂由光敏剂和化能异养微生物组成。在生物光电化学试剂中，所述光敏剂通过静电吸附作用与化能异养菌形成离子键，从而使其能够附着于微生物细胞膜外表面上。本发明中的生物光电化学试剂能够同步实现塑料降解及重金属还原。

根据本发明的第一个方面，在本发明的一些实施方式中，所述光敏剂包括金属光敏剂和非金属光敏剂。

本发明中的光敏剂包括但不限于任意一种能够在光激发下能产生电子-空穴对的光催化材料。

在本发明的一些优选实施方式中，所述光敏剂为非金属光敏剂。

在本发明的一些更优选实施方式中，所述非金属光敏剂包括石墨相氮化碳、聚合碳化氮、碳点修饰的聚合碳化氮中的至少一种。

在本发明的一些更优选实施方式中，所述金属光敏剂包括硫化镉。

其中，碳点修饰的聚合碳化氮的制备方法为：

将α-纤维素在空气气氛中热处理100h，加水溶解得到碳点溶液(0.5mg/mL)。向碳点溶液中加入三聚氰胺，在马弗炉中550℃热处理4h，所得物与其两倍质量的硫氰酸钾充分研磨后在氩气气氛下400℃热处理1h，升温至500℃，热处理30min，即得碳点掺杂的聚合碳化氮。

可将碳点掺杂的聚合碳化氮冷却至室温后研磨加入超纯水，8000rpm离心15min，重复两次，取沉淀冷冻干燥后再次研磨，置于干燥器中避光保存。

当然，本领域技术人员可以根据实际使用需求，采用其他性质相似的非金属光敏剂进行替换。

根据本发明的第一个方面，在本发明的一些实施方式中，所述化能异养微生物为任意一种以有机酸为底物且具有重金属还原能力的化能异养微生物。

在本发明的一些优选实施方式中，所述化能异养微生物包括Escherichia coli、Geobacter metallireducens、Moorella thermoacetica、Fusarium oxysporum和Shewanella oneidensis中的至少一种。

本发明的第二个方面，提供本发明第一个方面所述的生物光电化学试剂的制备方法，包括以下步骤：

将本发明第一个方面所述的光敏剂与本发明第一个方面所述的化能异养微生物混合，避光孵育12～36h，即得。

根据本发明的第二个方面，在本发明的一些优选实施方式中，所述避光孵育时间为18～24 h。

根据本发明的第二个方面，在本发明的一些优选实施方式中，本发明第一个方面所述的生物光电化学试剂的具体制备方法为：

1)将本发明第一个方面所述的化能异养微生物在特定的培养基中培养至对数期；

2)将本发明第一个方面所述的光敏剂加入至培养基中，黑暗条件下反应12-24小时。

为了纯化、扩大或保持生物光电化学试剂中菌群的有效量，所述生物光电化学试剂的制备方法还包括：将生物光电化学试剂在7500rpm离心6min，去除上清液后加入0.9％NaCl重悬浮，然后将重悬液转移至以新的培养基中进行保存。

在本发明的一些优选实施方式中，可采用其他本领域任意的常规保存手段对生物光电化学试剂进行保存，如真空冻干或-80℃保存等。

在本发明的一些优选实施方式中，所述生物光电化学试剂包括但不限于粉剂和溶液剂。

根据本发明的第二个方面，在本发明的一些实施方式中，所述光敏剂与化能异养微生物的混合比例为1g:(3～7)mL。

在本发明的一些实施方式中，所述化能异养微生物的有效活菌数至少为3.2×10⁶cells/mL。

本发明的第三个方面，提供一种污水处理处理方法，包括如下步骤：

向污水中投加本发明第一个方面所述的生物光电化学试剂或本发明第二个方面所述制备方法制备得到的生物光电化学试剂，光照，即可。

根据本发明的第三个方面，在本发明的一些实施方式中，所述光为可见光。

根据本发明的第三个方面，在本发明的一些实施方式中，所述可见光强度为8～10Lux。

根据本发明的第三个方面，在本发明的一些实施方式中，所述光照时间为6～12h。

根据本发明的第三个方面，在本发明的一些实施方式中，所述生物光电化学试剂的投加量为每升水体中投加1～5g所述生物光电化学试剂。

本发明的第四个方面，提供本发明第一个方面所述的生物光电化学试剂或本发明第二个方面所述制备试剂制备得到的生物光电化学试剂在污水治理中的应用。

根据本发明的第四个方面，在本发明的一些实施方式中，所述污水中含有塑料和/或重金属离子。

根据本发明的第四个方面，在本发明的一些实施方式中，所述塑料以片状或者微塑料等形式存在。

在本发明的一些优选实施方式中，所述塑料包括：聚乙烯、聚乳酸和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种。

根据本发明的第四个方面，在本发明的一些实施方式中，所述重金属离子包括：银离子、金离子和铜离子中的至少一种。

在本发明的一些优选实施方式中，这些重金属离子能够被微生物还原成单质，通过自沉淀附着于微生物表面，且具有等离子体效应或能够与光敏剂构建异质结。

本发明中的生物光电化学试剂基于附着于化能异养菌细胞膜上的光敏剂在光照条件下能够将污水中的塑料降解为有机酸，而降解产物能够被化能异养微生物利用，进而将污水中的重金属还原成金属单质。这些金属单质能够通过自沉淀作用附着于微生物及光敏剂表面，然后通过其等离子体激发效应或构建异质结等方式提高异养微生物的细胞活性及光敏剂的光捕获效率。该过程能够实现循环驱动污水中塑料降解及重金属还原。

本发明中的生物光电化学试剂去除塑料及重金属离子的能力极强，投放1g本发明中的生物光电化学试剂可至少有效去除1.40g塑料以及还原得到1.52mmol重金属单质沉淀，净化效率高。

本发明的有益效果是：

1.本发明中的生物光电化学试剂对于水体环境中的塑料和重金属离子的净化效率高，塑料的降解率高于60％(1.40g塑料/g光电化学试剂)，重金属离子的还原率高于95％(1.52mmol 重金属/g光电化学试剂)，且无需投放其他辅剂，避免了水体的二次污染。

2.本发明中的生物光电化学试剂不受限于特殊的反应条件，能够以普遍存在的太阳光为驱动力，也无需构建复杂的电路系统，操作简单易行，具有较高的普适性和推广价值。

3.本发明中的生物光电化学试剂能够同时实现塑料和重金属的协同处理，不仅克服了重金属离子对于微生物的毒害作用，而且利用重金属的还原产物进一步增强生物光电化学试剂的性能，从而实现生物光电化学试剂的循环利用，具有广泛的应用价值。

4.本发明中的生物光电化学试剂可有效去除大部分类型的塑料，对于可选微生物种类的限制较低，可以采用多种复合的方式进一步改进其净化效率，具有较高的开发价值。

附图说明

图1为本发明实施例中生物光电化学试剂同步降解塑料和还原重金属的机制图；

图2为本发明实施例1中的塑料和重金属废水净化试剂处理前后的Fusariumoxysporum表面SEM图像。其中，A为明场图像，B为碳(C)元素标记的能谱图像，C为氮(N)标记图像，D为银(Ag)元素标记的能谱图像；

图3为本发明实施例2中生物光电化学试剂同步降解塑料和还原重金属处理后Escherichia coli表面SEM图像。其中，A为明场图像，B为碳(C)元素标记的能谱图像，C为氮(N) 元素标记的能谱图像，D为金(Au)元素标记的能谱图像；

图4为本发明实施例中生物光电化学试剂同步降解塑料和还原重金属处理前后的塑料表面SEM图像，其中，A为处理前的图像，B为处理后的图像；

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

所使用的实验材料和试剂，若无特别说明，均为常规可从商业途径所获得的耗材和试剂。

实验材料

在下述实施例中，使用的菌株如表1所示。

表1实施例中涉及的菌株信息

菌株名称	菌株编号	购买来源
			Escherichia coli(大肠杆菌)	ATCC 35218	ATCC
Fusarium oxysporum(尖孢镰孢菌)	ATCC 48112	ATCC
			Moorella thermoacetica	ATCC 39073	ATCC

在下述实施例中，使用的聚合碳化氮(CNx，CAS号：32518-77-7)。

该聚合碳化氮的分子质量为201.15g/mol，光学能带隙为2.69eV(其中价带为1.80eV，导带为0.89eV)。当然，本领域技术人员也可以采用其他相似性质的光敏材料作为替代。

在下述实施例中，使用的碳点修饰的聚合碳化氮的制备方法为：

实施例1

在本实施例中，采用Fusarium oxysporum作为生物原料制备塑料和重金属生物光电化学试剂，具体制备方法为：

在培养至对数期的Fusarium oxysporum菌液(50mL，有效活菌数为：6.8×10⁶cells/mL) 中加入10mg聚合碳化氮(CNx)，置于培养箱中继续避光培养24h，使CNx与电活性化能异养菌通过静电吸附形成离子键从而牢固结合，构成生物光电化学系统。然后将溶液在7500rpm 条件下离心6min，去除上清液后加入0.9％NaCl重悬浮，然后将重悬液离心，即得生物光电化学试剂。

本实施例中生物光电化学试剂的使用方法为：

将生物光电化学试剂投加至含有塑料和金属离子的污水中，投加量为2.5g/L，随后将反应器置于可见光下进行光电化学反应，光照强度为8Lux。

其中，在本实施例中，使用的含有塑料和金属离子的污水为含有0.2mmol AgNO₃(终浓度约为4mmol/L)和100mg经10mol NaOH水解预处理的聚乳酸塑料(PLA)的水溶液来模拟。

实施例2

在培养至对数期的Fusarium oxysporum菌液(50mL，有效活菌数为：6.8×10⁶cells/mL) 中加入10mg碳点掺杂的聚合碳化氮，置于培养箱中继续避光培养24h，使CNx与电活性化能异养菌通过静电吸附形成离子键从而牢固结合，构成生物光电化学系统。然后将溶液在7500 rpm条件下离心6min，去除上清液后加入0.9％NaCl重悬浮，然后将重悬液离心，即得生物光电化学试剂。

本实施例中生物光电化学试剂的使用方法为：

实施例3

在培养至对数期的Fusarium oxysporum菌液(50mL，有效活菌数为：6.8×10⁶cells/mL) 中加入10mg硫化镉(CdS)，置于培养箱中继续避光培养24h，使CdS与电活性化能异养菌通过静电吸附形成离子键从而牢固结合，构成生物光电化学系统。然后将溶液在7500rpm条件下离心6min，去除上清液后加入0.9％NaCl重悬浮，然后将重悬液离心，即得生物光电化学试剂。

本实施例中生物光电化学试剂的使用方法为：

实施例4

本实施例中生物光电化学试剂的使用方法为：

将生物光电化学试剂投加至含有塑料和金属离子的污水中，投加量为2.5g/L，随后将反应器置于可见光下进行光电化学反应，光照强度为10Lux。

其中，在本实施例中，使用的含有塑料和金属离子的污水为含有0.2mmol AgNO₃(终浓度约为4mmol/L)和100mg未经任何处理的聚乙烯对苯二甲酸酯塑料片(2cm×2cm)的水溶液来模拟。

实施例5

在本实施例中，采用Escherichia coli为生物原料制备塑料和重金属生物光电化学试剂，具体制备方法为：

在培养至对数期的Escherichia coli菌液(50mL，有效活菌数为：4.4×10⁶cells/mL)中加入10mg聚合碳化氮(CNx)，置于培养箱中继续避光培养24h，使CNx与电活性化能异养菌通过静电吸附形成离子键从而牢固结合，构成生物光电化学系统。然后将溶液在7500rpm条件下离心6min，去除上清液后加入0.9％NaCl重悬浮，然后将重悬液离心，即得生物光电化学试剂。

本实施例中生物光电化学试剂的使用试剂为：

其中，在本实施例中，使用的含有塑料和金属离子的污水为含有20mg的AuCl₃(终浓度约为0.4g/L)和100mg经10mol NaOH水解预处理的聚乳酸塑料(PLA)的水溶液来模拟。

实施例6

在本实施例中，采用Moorella thermoacetica为生物原料制备塑料和重金属生物光电化学试剂，具体制备方法为：

在培养至对数期的Moorella thermoacetica菌液(50mL，有效活菌数为：7.2×10⁶cells/mL) 中加入10mg聚合碳化氮(CNx)，置于培养箱中继续避光培养24h，使CNx与电活性化能异养菌通过静电吸附形成离子键从而牢固结合，构成生物光电化学系统。然后将溶液在7500rpm 条件下离心6min，去除上清液后加入0.9％NaCl重悬浮，然后将重悬液离心，即得生物光电化学试剂。

本实施例中生物光电化学试剂的使用方法为：

其中，在本实施例中，使用的含有塑料和金属离子的污水为含有0.2mmol AuCl₃(终浓度约为4mmol/L)和100mg经10mol NaOH水解预处理的聚乳酸塑料(PLA)的水溶液来模拟。

对比例1

本实施例中生物光电化学试剂的使用方法为：

首先将生物光电化学试剂投加至含有塑料和金属离子的污水中，投加量为2.5g/L，随后将反应器置于黑暗条件下进行。

对比例1与实施例1的区别在于：对比例1使用时不进行光照。

对比例2

本实施例中生物光电化学试剂的使用方法为：

首先将生物光电化学试剂投加至含有塑料的污水中，投加量为2.5g/L，随后将反应器置于可见光下进行光电化学反应，光照强度为8Lux。

其中，在本实施例中，使用的污水含有100mg经10mol NaOH水解预处理的聚乳酸塑料 (PLA)的水溶液来模拟。

对比例2与实施例1的区别在于：对比例2中的模拟污水中仅含有塑料，不含金属离子。

对比例3

首先将生物光电化学试剂投加至含金属离子的污水中，投加量为2.5g/L，随后将反应器置于可见光下进行光电化学反应，光照强度为8Lux。

其中，在本实施例中，使用的污水含有0.2mmol AgNO₃(终浓度约为4mmol/L)的水溶液来模拟。

对比例3与实施例1的区别在于：对比例3中的模拟污水中仅含有金属离子，不含塑料。

效果验证实验

(1)上述实施例1～6和对比例1～3中塑料和重金属生物光电化学试剂的产乙酸情况：

根据实施例1～6中的记载制备可同步降解塑料和重金属的生物光电化学试剂，并按照实施例1～6中的记载制备模拟污水。分别采集试验开始光照0h、4h、8h和12h时的模拟污水进行检测，检测模拟污水中的乙酸产量(mmol/L)。

其中，乙酸产量采用高效液相色谱仪测定。

测定结果如表2所示。

表2实施例1～6和对比例1～3中的乙酸产量

通过表2可以看出，实施例1～6中均可检测到乙酸，而在对比例1和3中未检测出乙酸。表明上述生物光电化学试剂在可见光条件下能够在含有塑料和金属离子的污水中生成有机酸，并且随着光照时间的增加而增加。

进一步分析实施例1～3可知，可以发现采用聚合碳化氮、碳点掺杂的聚合碳化氮以及硫化镉等不同光敏剂构成的生物光电化学试剂应用于含有塑料和金属离子的污水中均能产生乙酸；而在对比例2和3中，发现生物光电化学试剂只有在含有塑料的污水中才能检测到乙酸，上述结果表明该生物光电化学试剂需要利用光激发下产生强氧化性空穴的光催化材料来进行降解反应，并且在污水中通过降解塑料产生有机酸。

进一步分析实施例1和4可知，不同的塑料类型(聚乳酸塑料、聚乙烯对苯二甲酸酯等) 以及不同的处理方式均可被本发明的生物光电化学试剂所降解而产生有机酸供微生物生长代谢。

进一步分析实施例1、5和6可知，不同的化能异养型微生物(Fusarium oxysporum、Escherichia coli和Moorella thermoacetica)均可与光敏剂结合构成生物光电化学试剂，从而降解塑料产生有机酸。

以上数据证明，虽然上述实施例中的塑料和重金属生物光电化学试剂对各类塑料的降解效果存在一定的差异性，但均显示出了有效的降解效果，均可以成功的将污水中的塑料降解为有机酸(例如乙酸)，以供微生物利用进行能量代谢循环，以便于促进微生物对于污水中的重金属离子的净化。

(2)上述实施例1～6和对比例1～3中塑料和重金属生物光电化学试剂对于污水中重金属离子的净化效果：

为了证明上述实施例1～6和对比例1～3中塑料降解产物可作为碳源驱动微生物进行氧化还原反应，同时也为了能够说明该试剂具有持续还原污水中的重金属的能力，发明人取步骤(1) 中处理后的生物光电化学试剂，使用扫描电子显微镜(SEM)对污水中的微生物进行观测。

如图2所示，当使用Fusarium oxysporum作为化能异养微生物原料制备的塑料和重金属生物光电化学试剂处理含塑料和重金属的污水时(实施例1～4)，可以观测到Fusarium oxysporum 表面均匀的附着有各种颗粒材料，通过Mapping图谱进一步分析，可以发现在微生物表面所附着的材料主要由C、N、Ag组成。其中，Fusarium oxysporum表面的C和N是由于加入的 CNx与Fusarium oxysporum结合导致的，这也进一步验证CNx与Fusariumoxysporum结合的可行性。

而对于Fusarium oxysporum表面还能检测到Ag，并且其还紧密的附着于Fusariumoxysporum表面，这可能是由于在可见光的驱动下，Fusarium oxysporum还原了污水中的银离子，从而形成了银单质并又附着在了微生物表面。

为了进一步验证该试剂的可行性，发明人又观测了实施例5中的情况，从图3中可以看出， Escherichia coli表面同样也附着有各种颗粒材料，通过Mapping图谱进一步分析，其组成的元素为C、N、Au，与实施例1的结果类似，从而可以说明，将Fusarium oxysporum替换成 Escherichia coli后，上述实施例中的塑料和重金属生物光电化学试剂依然能发挥出同样的效果，即在微生物进行能量代谢的同时，也能够将污水中的金属离子还原成簇状的颗粒沉积在微生物及CNx表面，而这一现象不仅能有效降低污水中的金属离子的毒性，还能够通过生成的金属颗粒(或单质)与CNx形成协同作用(构建异质结或利用金属单质的等离子体效应)来进一步强化塑料和重金属生物光电化学试剂的净化作用，提高反应的持续性。

(3)上述实施例1～6和对比例1～3中塑料和重金属生物光电化学试剂对于污水中塑料的降解效果：

为了证明上述实施例1～6和对比例1～3中塑料和重金属生物光电化学试剂对于塑料降解的有效性，同时为了验证驱动微生物生成有机酸、甲烷以及推动其还原重金属离子的动力(电子) 来自于塑料和重金属生物光电化学试剂对于塑料的降解，发明人取步骤(1)中净化前后的塑料片，使用扫描电子显微镜(SEM)对污水中的塑料进行观测。

结果如图4所示。

图4展示了使用塑料和重金属生物光电化学试剂处理前后的污水中的塑料的表面情况。通过对比可以发现，在使用塑料和重金属生物光电化学试剂处理前，塑料表面较为光滑，缝隙较为紧密且没有明显的裂痕。而在使用塑料和重金属生物光电化学试剂处理48小时后，塑料表面出现颗粒附着，且塑料表面变得更加粗糙，出现了明显的开裂和孔隙。经过12天反应后塑料失重大于70％(1.4g塑料/g光电化学试剂)。

此外，污水中的重金属离子含量经48小时反应，由最初的4.0mmol/L降至1.5mmol/L；并且在经过12天的反应后重金属离子浓度减少量高于95％(1.52mmol重金属/g光电化学试剂)。以上结果表明，在可见光下，上述实施例中的塑料和重金属生物光电化学试剂可以有效降解塑料，并以此为基础为后续的金属还原提供能量来源。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于污水处理的生物光电化学试剂，其特征在于，该生物光电化学试剂含有光敏剂和化能异养微生物；

所述光敏剂包括非金属光敏剂，所述光敏剂包括聚合碳化氮、碳点修饰的聚合碳化氮中的至少一种；

所述化能异养微生物为任意一种以有机酸为底物且具有重金属还原能力的化能异养微生物，包括Escherichia coli、Geobacter metallireducens、Moorella thermoacetica、Fusarium oxysporum和Shewanella oneidensis中的至少一种。

2.权利要求1所述的生物光电化学试剂的制备方法，包括以下步骤：

将所述光敏剂与所述化能异养微生物混合，避光孵育12~36 h，即得。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述光敏剂与化能异养微生物的混合比例为1 g:（3~7）mL。

4.一种污水处理方法，包括如下步骤：

向污水中投加权利要求1所述的生物光电化学试剂或权利要求2~3任一项所述制备方法制备得到的生物光电化学试剂，光照，即可。

5.根据权利要求4所述的污水处理方法，其特征在于，所述光为可见光。

6.根据权利要求5所述的污水处理方法，其特征在于，所述可见光强度为8~10lx 。

7.根据权利要求4所述的污水处理方法，其特征在于，光照时间为6~12 h。

8.根据权利要求4所述的污水处理方法，其特征在于，所述生物光电化学试剂的投加量为每升水体中投加1~5 g所述生物光电化学试剂。

9.权利要求1所述的生物光电化学试剂或权利要求2~3任一项所述制备方法制备得到的生物光电化学试剂在污水治理中的应用；

所述污水中含有塑料和重金属离子。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述塑料包括：聚乙烯、聚乳酸和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种。

11.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述重金属离子包括：银离子、金离子和铜离子中的至少一种。