应用纳米技术去除饮用水中微污染物的基础研究

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1、项目名称：应用纳米技术去除饮用水中微污染物的基础研究席科学家：刘锦淮中国科学院合肥物质科学研究院起止年限：依托部门：2011.1至2015.8中国科学院二、预期目标1、总体目标：本项目从我国饮用水安全的需求岀发，围绕去除饮用水中微污染物的问题，设计和合成高效捕获微污染物的纳米结构材料，揭示纳米结构材料与饮用水中微污染物相互作用机理；探索饮用水中微污染物高效去除与原位“富集■转化”一体化处理的新方法；发展高性能净水纳米结构材料的低成本、宏量制备方法；研究净水纳米结构材料安全性的有效评价方法；建立去除饮用水中微污染物的原理性示范装置。通过项目

2、的组织实施，为饮用水深度净化方法提供关键材料基础和核心技术支持，促进纳米科学、化学、物理、环境、材料科学等学科的交叉与融合，培养一批具有创新性硏究能力的交叉学科人才，形成几个在相关领域中有重要国际影响的研究群体。2、五年预期目标（1）以本项目相关课题组已研发的净水纳米材料和组装结构为基础（如聚十三铝纳米絮凝剂、微/纳SiO2@Y・AlOOH球、多孔硅酸盐空心球等），通过纳米结构表面改性和调控，研究纳米材料钏固在常规多孔材料孔洞内的结构特性，并建立相应的表征方法；研究纳米材料对饮用水中微污染物的吸/脱附性质，揭示选择性吸附及反应的木质和机理

3、。（2）研发出3・4种用于吸附去除水中无机微污染物（如耐1、铅、汞等）的纳米结构材料，揭示纳米结构与无机微污染物的吸/脱附机理；发展纳米结构材料的低成木宏量制备方法；开发基于纳米结构吸附材料的饮用水处理装置。（3）研发出2・3种用于选择性富集■催化降解腐殖质、灭草松和三卤甲烷等为代表的有机微污染物的纳米功能材料（如纳米活性炭纤维），揭示纳米结构对饮用水中有机微污染物富集•转化一体化的增强和耦合机制，阐明其作用规律，构建饮用水有机微污染物的高效富集■无害化处理系统。（4）通过纳米材料与水中微污染物相互作用产生的光、电等响应信号的研究,设计相

4、应的检测器件，发展针对饮用水中微污染物的快速检测方法，建立净水纳米结构材料去除饮用水中微污染物效果的评价体系，为净水纳米结构材料的安全应用与示范装置提供技术保障。(5)构建基于纳米材料和技术的饮用水深度处理单元系统和综合处理示范装置,示范装置达到以下技术指标：日处理饮用水量大于20吨，处理后饮用水中无机微污染物碑、铅、汞等的浓度达到ppb数量级，有机微污染物腐殖质等的去除率比常规饮用水处理技术提高20%以上，达到国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)；建立示范装置的性能测试与评估体系，给岀其长期使用的稳定性、安全性和可靠性方

5、案。通过项目的实施，发展出净水纳米材料宏量制备方法和高容量吸/脫附技术,建立饮用水中微污染物的纳米技术综合处理示范点1处。发表SCI论文120-150篇，其中在国际相关领域顶级刊物上有影响的学术论文20・30篇，申请具有原创性和重要应用价值的发明专利20-30项。在优秀人才培养方面：培养和造就一批高层次的研究人才，包括1・2名具有国际影响力的科学家、2・3名国家杰出青年基金获得者，100名博士和硕士，形成几个在相关领域中有国际影响的研究群体和研究平台。三、研究方案1、总体研究思路整个项目从关键科学问题的凝练、研究内容的分解和课题的设置总体

6、思路都是围绕饮用水净化纳米材料设计进行的，研究主要沿着两条线索：一是饮用水中无机微污染物去除的纳米材料与技术；二是基于纳米材料饮用水中有机污染物的无次生污染去除方法。具体的研究思路如图1所示：一方面，通过结构设计和化学处理，将高吸附特性的纳米材料和高富集容量的常规多孔材料有机结合，发展高吸附亲和力和高吸附容量的纳米结构材料，通过纳米结构材料与饮用水中微污染物吸/脱附机理的研究，筛选出适合无机微污染物吸附的纳米材料复合体系，并通过对合成条件的放大和优化实现其宏量制备；另一方面，通过纳米材料的功能协同，结合纳米材料的强催化和对有机微污染物的快

7、速富集能力，发展集“富集■转化"为一体的原位催化去除技术，通过纳米功能体系与有机微污染物作用机理的硏究，筛选出适合饮用水中有机微污染物去除的纳米材料体系；在这两方面基础上，利用纳米材料敏感特性，发展饮用水微污染物净化过程的快速监测及净水纳米材料安全性评估新方法；最后通过三方面的技术集成，实现高效、低成本饮用水净化纳米技术的集成与示范，从应用的角度体现本项目的研究成果。（04）高效低成本饮用水净化纳米技术集成与示范{高躺水机物材计用图1.总体研究思路2、技术路线为了实现项目的研究目标，研究方案从以下四个技术方面来进行：一是以饮用水中微污染物

8、的深度处理为目标导向，分别设计和组装大比表面、高吸附特性、特异选择性和高催化活性的纳米结构与纳米材料，重点研究:（1）纳米结构与微污染物选择性可控吸附/脱附的相关性；（2）纳米结构高效催化降解