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水质净化过程中金属氧化物微界面强化除污染机制 项目名称 水质净化过程中金属氧化物微界面强化除污染机制 推荐单位意见 饮用水安全是重大民生问题，该项目围绕地层丰度颇高的金属氧化物开展包括地表水、地下水在内的水质净化相关机制研究，合理利用绿色、经济的地层材料，高效解决水安全问题，具有深远的社会意义。该项目巧妙利用地球化学循环过程中过渡金属及其氧化物的变价性、亲水性、高活性构建强化净水的微界面，揭示了水质净化过程中金属氧化物微界面的形成规律及其调控机制，发现了金属氧化物微界面强化过滤、吸附、氧化的水质净化新机制，取得了重大理论突破，受到国内外广泛关注，具有的科学价值。该项目在国际上率先发表多项引领该研究方向的学术成果，所涉20篇论文，SCI他引1017次，他引1182次，理论成果被列入全国高校给排水专业“十二五”精品教材和行业发展规划。该项目部分理论成果已成功解决重大突发性流域水质污染，其水质净化新机制得以验证，具有极大的应用前景。 推荐该项目为国家自然科学奖二等奖。 项目简介 地表水、地下水中存在重金属、内分泌干扰物、农药、病原微生物等微污染物，浓度低、毒性强、去除难，严重威胁饮水安全，关乎重大民生。美国工程院院士Elimelech教授和环境科学领域先驱Schwarzenbach教授分别在Nature、Science撰文指出水中微污染物的迁移、转化、降解是备受关注的世界性难题，寻求高效、经济、绿色的去除方法极具挑战。基于地层高丰度矿物质的物化特性，申请人利用铁、锰、铝、钛等过渡金属氧化物微界面特性有效解决饮用水微污染物问题，研究其迁移、转化、降解规律，建立微界面强化去除机制，取得矿物界面强化水质净化的理论突破。 （1）构建了纳米矿物（TiO2、FeOOH、蒙脱土）掺杂超滤膜的抗污染微界面及其强化过滤净水机制。系统研究纳米矿物亲水化修饰与超滤膜表面微纳结构、荷电特性、机械强度的构效关系，揭示超滤膜微界面构建过程中纳米矿物的相容分散、界面迁移行为，解析微界面物化特性、孔隙结构对超滤膜与病原微生物代谢物间的相互作用，证实纳米矿物可实现超滤膜产水通量高、分离效率好、抗污染性强、机械强度高的独特能力。国际介孔材料协会主席Serge Kaliaguine教授在Chemical Review的研究论文指出纳米矿物在设计高强度、低污染纳米复合膜过程中大有可为。加州大学洛杉矶分校膜中心主任Eric. Hoek教授在Energy Environmental Science撰文肯定该成果，并将其应用至海水淡化领域。 （2）阐明了原位铁锰氧化物（如MnO2、Fe(OH)3）及其生成过程中间态成份（Mn(III)）的强化吸附净水机制。系统地研究原位铁锰氧化物的生成规律，揭示诱导剂、稳定剂对原位铁锰氧化物微界面特性的调控作用，解析表面能、分散性、水解程度、比表面积、电荷密度等微界面特性对重金属迁移、转化、吸附形态的影响，证实微界面中间态成份（Mn(III)）协同去除内分泌干扰物的能力。英国皇家化学会Paul S. Francis教授在Journal of Physical Chemistry A的研究论文中15次引用、评价该成果，并将其扩展到化学分析领域。 （3）发现了过渡金属氧化物（TiO2、CeO2）微界面高效诱导羟基自由基的特性及其强化氧化净水机制。系统研究过渡金属氧化物微界面与臭氧、污染物间的作用关系，揭示过渡金属氧化物微界面诱发臭氧分解产生羟基自由基机制，解析零电荷pH值、Br?nsted酸性、羟基密度等过渡金属氧化物表面特性对羟基自由基产率、速率的调控行为，证实过渡金属氧化物微界面诱发羟基自由基降解农药的高效性。环境催化领域先驱Jacek Nawrockia教授在Applied Catalysis B: Environmental撰论大篇幅引用该成果。 该研究分别利用过渡金属氧化物价态变化性、亲水性、表面活性构建微界面强化饮用水净化过程吸附、过滤、氧化机制。20篇主要论文SCI他引1017次，总他引1182次，理论成果被入列入全国高校给排水专业“十二五”精品教材和行业发展规划。研究成果得到国际广泛关注，申请人多次受邀在权威国际会议作主题报告（美国高登会议、美国化学会年会、国际水协会议、亚太化学大会等），并受邀成为国际水协三个专业委员会理事，担任五种SCI期刊顾问或编委（EST Letters等）及六个科学技术咨询委员会成员，并于2015年当选英国皇家化学会会士。 客观评价 (1) 纳米矿物掺杂超滤膜的微界面特性调控行为及其强化过滤水质净化机制 本项目的理论研究成果持续发表在国际著名期刊Langmuir ，Journal of Membrane Science，Applied Surface Science和Desalination杂志上