纳米材料的水处理器件化方法及其应用基础研究.doc

项目名称： 纳米材料的水处理器件化方法及其应用基础研究 郭良宏 中国科学院生态环境研究中心 2010.9至2015.9 中国科学院  总体目标 针对我国的难点问题，利用纳米材料，探索纳米材料水的新方法和新原理，建立具有明确功能的纳米材料和器件的制备方法和性能评价体系，揭示纳米材料的、构效关系和调控原理，发展用于水的纳米器件。力争在水污染控制的基础理论和应用两个方面取得具有国际影响的创新成果，为提升我国水污染控制的技术水平和环保产业的国际竞争力做出贡献，促进纳米科学与环境、材料、化学、生物、物理、信息学等多学科的交叉融合发展。通过项目的执行，培养和造就一批高水平的交叉学科人才和几个研究团队。 五年预期目标 （1）：有毒污染物纳米材料，阐明纳米材料的界面过程、净化和机制。 （2）：发展基于纳米材料的饮用水污水深度净化技术，建立技术（3）：饮用水污水深度净化处理的纳米器件和设备，示范性试验。 （4）：在国内外核心刊物发表论文0篇，其中SCI收录论文10篇，申请国家发明专利项。（5）：促进我国纳米科学与环境、化学、材料、生物、物理等学科的交叉融合，培养0名研究生和博士后，造就一批在纳米环境领域有影响的中青年专家，形成高水平的研究群体。  三、研究方案 1、学术思路 本申请项目以解决我国饮用水安全和水污染问题为目标，以纳米科学的前沿研究成果为基础，集中国内纳米、环境、化学等学科的优势力量，开展多学科交叉的前沿性研究。以纳米材料制备－界面过程－构效关系－为主线，从以下四个层面开展项目的研究： (1) 在方法学层面，发展纳米材料的合成功能调控方法器件的设计制备。 (2) 在理论研究层面，阐明吸附氧化还原等界面反应机理，污染物净化机制，吸附-氧化还原吸附-催化协同机理，纳米材料与性能之间的构效关系。 (3) 在水处理应用层面，发展高纳米材料，构筑，进行饮用水污水净化处理的示范。 根据上述学术思路，按照以下技术途径开展：针对，前期研究基础，设计、制备、各种功能化纳米材料碳纳米管、金刚石研究吸附、界面过程为研究纳米材料的污染净化机制和将的纳米材料用于水中的治理 3、项目的技术途径如图所示：  四、年度计划 研究内容 预期目标 第 一 年 氧化钛的采用氟化物、磷酸盐、氧化铁纳米粒子修饰氧化钛表面，研究它们对催化剂吸附和光催化的影响。研究稀土金属离子掺杂方法和基本参对氧化钛结构和光催化性能的影响。 （1）确定几种吸附或催化性能好、制备成本低、稳定性高的纳米吸附、催化材料。 （2）筛选出适应于水处理的碳纳米材料的类型、规格，建立预处理方法及程序；初步建立碳纳米材料电极的制备/组装方法；初步建立碳纳米材料及其修饰的超滤/微滤膜的制备与组装方法及其表征方法。 （3）获取钛基半导体的吸附和光催化性随其表面氟化和体相稀土掺杂之间的变化关系。 （4）成功构建生物效应评价体系，验证评价体系的正确性及灵敏度。 （5）发表研究论文24篇，其中SCI论文17篇，申请专利3项，培养研究生13名。 第 二 年 （1）确定几种纳米吸附材料和纳米催化材料的表面修饰方法。 （2）探明污染物在碳纳米材料上吸附的机理及污染物结构与吸附性能间的规律；探明碳纳米材料在水处理中的应用特征。 （3）获取载体的性质对光催化剂分散、稳定性、吸附和光催化降解有机物的影响因素，筛选并获得至少一种高效、稳定的光催化剂。 （4）阐明纳米材料对蛋白质分子结构的影响及作用方式，对端粒酶活性的影响，以及对Cyclin A表达的影响。 （5）发表研究论文31篇，其中SCI论文24篇，申请专利3项，培养研究生16名。 第 三 年 （1）建立研究纳米材料表面吸附和界面催化反应的方法与技术，阐明界面过程与纳米材料表面的构效关系。 （2）建立碳纳米材料吸附水中毒性污染物的增强化方法、揭示其增强化机理。识别碳纳米电极对水中毒性污染物分解的主要影响因素，建立调控方法。探明光/电作用下基于碳纳米材料及其修饰超滤/微滤膜对毒性污染物的截留特性及原理。 （3）获得新型光催化反应器实际运行的效果。获得高效、稳定的助催化剂修饰的钛基和铁基光催化剂。 （4）获得纳米材料表面性质对材料与核酸分子相互作用的影响，阐明作用的分子机制。 （5）发表研究论文37篇，其中SCI论文27篇，申请专利4项，培养研究生17名。 第 四 年 （1）发现几种具有PTS吸附-降解多种功能的单一或复合纳米材料；揭示污染物吸附/脱附过程与界面电子反应的耦合效应、协同机制及其构效关系。 （2）建立纳米吸附材料的在线或离线再生方法；探明纳米电极稳定性，建立性能恢复方法；建立纳米材料超滤/微滤膜组件和水处理系统，探明