《纳米金属功能材料的制备及其在水环境中的行为与生态影响研究》

项目属环境领域。

随着纳米材料产量和应用范围的日益扩大,大量的纳米材料将通过不同途径进入到环境介质中,如水环境。纳米金属材料在水环境中的迁移、转化、归趋等复杂行为,以及对生态系统潜在的毒性效应,是全面评价纳米金属材料安全性的重要组成部分。该研究在纳米金属功能材料的制备与应用,及其在水环境中的行为与生态影响开展了研究工作。取得了如下的科学发现:

首次阐明了纳米OMS-2对污泥生物处理系统中微生物活性和群落结构影响的机理;拓展了纳米金属材料对水环境影响的研究范围。另外,该项目还系统分析了重金属在环境介质(水、沉积物)和不同营养级生物(包括软体动物、节肢动物、鱼类、鸟类等)的分布特征,揭示了重金属通过食物链在不同营养级生物之间传递和放大的路径;构建了微生物活细胞阵列应激反应基因法评估环境样品中重金属生态毒性;建立了典型河流流域重金属与环境因子(沉积物性质、水质参数、水生生物、水文条件等)相互作用的模型;该系列工作为研究纳米金属材料和重金属在生态系统中的环境行为以及产生的生态影响提供了理论指导。

研发出一种能特异性吸附溶液中高毒性重金属Hg(II)的具有牡丹花形貌的钛酸盐纳米材料TNF,最大吸附容量可达454.55mg/g;在吸附过程中,发现TNF的结构发生了相变,从三钛酸盐(Ti3O72-)转变成为六钛酸盐(Ti6O132-)结构,由此形成晶格隧道将Hg(II)捕获,从而形成不可逆吸附;研发的TNF可用于Hg(II)污染的修复以及应急事件的处理。合成了针对强温室气体甲烷低温氧化的金属催化剂Co3O4/γ-Al2O3;机理研究证明催化剂表面Co3+/CO2+氧化还原循环在催化甲烷氧化过程中发挥了关键作用;该研究为甲烷低温氧化金属催化剂的设计和合成提供了理论指导。制备了处理印染废水的类Fenton催化剂,比较了ZVI和O3单独处理印染废水和联合处理印染废水的效果差异;研究了微波辐射条件下ZVI和活性炭联合处理印染废水的效果。该研究为印染废水处理开发了高效铁基催化剂和多重催化深度处理技术。

该项目成果得到国际学术界的高度评价、引用与跟进,使该团队在水处理高级氧化技术中纳米金属功能材料的制备与应用,以及重金属在水环境中的行为与生态影响的研究水平部分方向上处于领先与引领地位,研究结果已在Appl.Catal.B.,J.Mater.Chem.A.,Water Res.,J.Hazard.Mater.,等期刊上发表了一系列论文,其中代表性论文4的并列通讯作者是北京大学倪晋仁院士。

论文得到了中国科学院生态环境研究中心曲久辉院士、中国科学院生态环境研究中心单保庆研究员(国家水专项河流主题组长)、厦门大学严重玲教授(中国生态学学会生态教育工作委员会副主任)、华北电力大学王祥科教授(长江学者和杰青入选者)、河海大学侯俊教授(优青和科技部中青年科技创新领军人才入选者)、中科院南京地理与湖泊研究所丁士明研究员(优青和青拔入选者)等正面引用和评价,8篇代表性论文SCI他引总计296次,其中单篇他引最高达121次;代表性论文2被遴选为ESI高被引论文,在引用该项目工作的文献中有6篇论文也入选ESI高被引论文。

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