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微藻生物质生产与废水处理技术耦合有助于解决能源短缺和环境污染等问题。微藻主要通过光自养进行生长,但无论是自然光源或人造光源,目前都存在其自身对部分波段光(500-600 nm)无法利用和生物量产量低的问题。光谱转化材料被认为是提高微藻生物质产量和废水处理效率的有效方法。其中,碳量子点(CDs)是一种新型荧光纳米材料,具有量子产率高、生物相容性好等优点。然而,目前尚鲜见CDs的荧光发射光谱能够与微藻光合作用光谱相匹配的研究和应用。本研究拟制备符合微藻光合作用光谱的荧光发射CDs,并探讨其对微藻培养和模拟废水处理的影响,解析CDs对微藻生物质生产和废水资源化的影响机制。首先,以甲酰胺和柠檬酸作为前驱体,采用溶剂热法成功制备了CDs,其平均直径为2.57 nm,具有类石墨状碳核和表面胺基、羟基等官能团丰富的特点。光谱分析表明CDs能吸收500-600 nm波长的光并通过荧光发射转换为微藻可吸收利用的红光(580-700 nm)。将CDs应用于微藻培养时LED光转换,12天后微藻生物量提高15.6%,同时细胞内色素、碳水化合物、蛋白和油脂的生产力也分别提高了23.9%、29.0%、22.8%和14.3%。表征结果表明,CDs通过光转换获得更多的红光,并与胞外聚合物结合吸附在细胞表面,持续为微藻提供优化的光照。适宜的光能输入,提高了微藻细胞光合活性,并使光捕获复合物基因表达上调,强化了微藻的光合作用和生物生长。其次,研究了CDs强化微藻对模拟抗生素废水的处理,并探究CDs对微藻废水资源化的影响。1 mg/L CDs作用下阿莫西林降解率在第13天达到了99.3%,较对照组提高了15.5%。随着培养时间的延长,总氮和磷酸盐的去除率较于对照组也分别提高了14.6%和9.9%。同时,微藻生物量、色素、蛋白和油脂等生物质资源的生产也得到了相应的提高。PSⅡ活性测试结果表明,CDs荧光效应产生的红光可以恢复并提高细胞PSII反应活性,刺激微藻光合作用和生长,从而加速AMO的降解和N、P的吸收,提高微藻的废水资源化效率。可见,本研究建立了一种绿色、经济且简单的提高微藻生物质资源生产和废水资源化的策略,为CDs在微藻生物质资源与废水处理工艺耦合技术的应用奠定了理论基础。