污染水体中重金属高效吸附材料研制及应用基础研究-项目公.PDF

目公示内容 目名称： 污染水体中重金属高效吸附材料研制及应用基础研究 推荐单位：华南理工大学 项目简介： 本项目属于环境科学与技术领域的应用基础研究。研究所涉及的关键问题是：（1）如 何设计出柱撑离子在粘土层间域中的存在模式，以建立柱撑粘土对重金属吸附作用的构效关 系；（2 ）如何进行秸秆纤维素结构的衍生化修饰，在显著提升秸秆吸附容量和效率的前提 下，进一步提 吸附材料的吸附专属性；（3 ）如何构建 效稳定的复合菌吸附剂，并确定 微生物吸附过程中复杂的作用机理问题。 针对上述科学问题，本项目在国家自然科学基金等长期资助下，重点围绕着粘土矿物、 秸秆纤维、以及微生物制备及机理三个方面进行了系统和深入的研究。经过十余年的工作， 本项目的研究成果不但丰富和发展了吸附科学与技术基础理论，而且为水体重金属污染水体 的吸附去除提供了新材料和新技术。主要科学价值体现在以下三个方面： （1）首先发现了在无机柱撑粘土蒙脱石中层离型 卡房”结构，该结构的存在可显著 提 纳米环境复合材料的反应活性3-5 倍，以此建立了无机柱撑粘土矿物多羟基化学 吸附 重金属的新机制；揭示了有机柱撑剂在粘土层间域 拟液态→过渡态（固-液混存）→拟固态” 的相态演化过程，以此建立了有机柱撑粘土层间离子排列和结构演化模式及其对重金属的吸 附构效关系。四川大学刘宁教授肯定我们关于有机粘土矿物改性后，表面形成更多的官能团、 微孔和介孔结构，从而更加有效地去除水中的污染物的结论。 （2 ）发展了多种植物秸秆纤维改性技术，在纤维素的结构和活性羟基位置上的衍生 化修饰研究中极大地丰富了纤维素结构的设计：醚化和季铵化改性在纤维素的伯羟基上以取 代方式赋予氰基（-CN ）和季铵结构；接枝化改性在仲羟基上以支链接入形式引入-CN，并 形成新颖的空间三维交联结构。醚化显著提升吸附容量3 倍多，而接枝化借助空间交联结构 的网捕效应，可将吸附性能提 7 倍多；季铵结构则对硫酸根和铬酸根离子吸附容量都增大 了6 倍多。该研究成果极大丰富了秸秆的改性机理，并为农业废弃物的综合利用提供理论支 撑。芬兰拉普兰塔理工大学Hokkanen S 、山东大学 宝玉教授、奥卢大学Ulla Lassi 教授分 别对我们的醚化、接枝化以及季胺化修饰纤维素结构工作予以肯定。 （3 ）发现了功能菌去除典型水体中重金属的重要途 ；并具体地探讨了死体微生物 细胞的吸附效果，和解释了镉胁迫下活性微生物细胞内外的解毒机制。研究不仅完善了重金 属胁迫下微生物细胞的解毒机制，而且为微生物吸附剂的应用提供理论参考。香港理工大学 Guang-Hao Chen 教授引用我们关于重金属还原与胞外蛋白质释放物关联机制，用于证明生 物反应器内污泥对Cr (VI) 的胞外还原机理。 课题组已在相关学科的国内外高水平学术期刊上，如EP 、BT 、JHM 和CP 等发表论文 160 多篇 （其中，SCI 收录84 篇）；研究成果得到了学术界同行的广泛认同与肯定，他人 引用次数近2700 次，其中10 篇代表性论文被Carbon、EST、EP 等具有广泛影响力的期 刊引用，SCI 他引次数337 次，单篇最 SCI 引用81 篇次；申请国家发明专利32 项（已授 权21 项）。 主要完成人情况表： 1.姓名：党志 排名:1 技术职称: 教授 工作单位: 南理工大学 完成单位： 南理工大学 对本项目技术创造性贡献: 本人的主要贡献是总体负责本项目的研究方案和技术路线：1、系统研究植物秸秆纤维 材料的醚化、接枝化以及季铵化改性机理及其吸附机理研究；该成果显著提升了秸秆吸附剂 吸附容量、速率和选择性，并在东江源定南尾矿出水的吸附重金属示范工程中得到有效应用， 从而丰富和发展了重金属和硫酸根污染物吸附理论；2 、从细胞内外的角度，深入探讨蜡状 芽孢杆菌RC-1 对镉的吸附特征，研究镉胁迫下微生物细胞内外的解毒机制；3、参与 效 粘土矿物吸附材料的研发及其在污染水体中重金属中的应用。本人对发现点1-5 均做出了贡 献，是第4 篇代表性论文的第一作者及通讯作者、第5、6、7、8 和10 篇代表性论文的通讯 作者，以及第1、2 和3 篇代表性论文的作者之一。 曾获科技奖励情况: 2010 年广东省环境保 科学技术奖一等奖 （第1 完成人） 2.姓名：吴平霄 排名:2 技术职称: 教授 工作单位: