2022年水污染防治及数值模拟创新团队最新研究成果

2022年“水污染防治及数值模拟创新团队”在以下几方面取得了阶段性研究进展：（1）制备新材料、采用新工艺、发明新方法对水中污染物高效去除；（2）从复杂水溶液中富集分离低浓度目标金属离子的动力学机制；（3）CO₂封存过程中水-CO₂两相运移机制。相关成果分别发表在环境领域TOP期刊Separationand Purification Technology（IF=9.14，JCR一区）、Chemosphere(IF=8.94，JCR一区)、Journalof Water Process Engineering（IF=7.34，JCR一区）、Journalof Petroleum Science and Engineering（IF=5.17，JCR一区）、ChemicalEngineering & Processing: ProcessIntensification（IF=4.264，JCR二区）上，同时获得国际PCT授权专利一项。

（1）陶瓷催化膜去除新型污染物近年来，水环境中日益增多的新污染物对人体健康和生态安全构成了严重威胁，新污染物治理已成为“十四五”生态环保工作重点。研究团队采用高级氧化和吸附技术与膜过滤相结合，将优化的颗粒活性炭封装于陶瓷催化膜通道之中，构建了集过硫酸盐活化与活性炭吸附为一体的陶瓷催化膜过滤体系用于深度去除水中新污染物。研究结果表明，该体系在低浓度氧化剂的作用下能够实现90%以上双酚A等多种新污染物的去除，并表现出良好的稳定性。相关研究成果在Separationand Purification Technology（2022，291，120874）和Journalof Water Process Engineering（2022，47，102751）上发表。

（2）CQDs/TiO₂光催化同步去除Cr⁶⁺和苯酚水体中的污染物成分复杂，主要有重金属离子、溶解性有机污染物、病原微生物和植物营养素等，其中重金属离子和溶解性有机污染物较难去除。为同步去除这两类共存污染物，研究团队设计了具有可见光响应的CQDs/TiO₂催化剂，研究了CQDs/TiO₂同步去除Cr⁶⁺和苯酚的光催化反应与协同去除机制。研究结果表明，负载的CQDs既能拓宽TiO₂光谱响应范围，又能转移和储存光生电子，抑制光生载流子的复合，Cr⁶⁺和苯酚的同步去除率均在98%以上，光生电子和空穴是去除Cr⁶⁺和苯酚的主要物质。相关研究成果在Chemosphere( 2022, 307, 135897)上发表。

（3）UV₂₅₄/H₂O₂去除蓝藻神经毒素随着环境污染的日益加剧，湖泊和河流富营养化所导致的蓝藻水华频繁爆发，并产生大量危害人类健康的蓝藻毒素，高效的降解水环境的蓝藻毒素有助于保证饮用水安全供给。本研究以新型蓝藻神经毒素BMAA为研究对象，评价了BMAA在UV₂₅₄/H₂O₂系统中的降解效率，通过光降解动力学研究不同反应条件对BMAA降解效率的影响，评价实际水中竞争物质对BMAA降解的影响，建立拟稳态动力学模型来预测不同条件下BMAA的降解速率,分析了转化产物并推测潜在的反应路径。相关研究成果已被环境科学领域Top期刊Chemosphere接收（doi：10.1016/j.chemosphere.2022.134939）。

（4）CO₂封存技术CO₂-盐水界面张力是CO₂地质封存过程中的关键参数，决定着CO₂封存过程中水-CO₂两相运移机制。为查明地质封存过程中CO₂-盐水界面的影响机制，研究团队综述了研究领域大量的文献，分析了CO₂-盐水界面张力的影响因素及作用机制。研究表明，界面张力主要决定于地层温度、压强、盐水种类和浓度及CO₂相中的杂质气体。温度升高会增加气-液两相之间的密度差，引起界面张力的升高；界面张力对压强的依赖性较复杂，低压条件下压力的升高有助于降低界面张力，然而当CO₂达到临界状态时，界面张力几乎不依赖于压强；盐离子溶解于水后CO₂溶解能力的下降、静电力的升高还有界面离子浓度梯度的升高会导致界面张力升高；低于CO₂密度的杂质气体的引入则会降低IFT。相关研究成果在Journalof Petroleum Science and Engineering（2023,220,111154）上发表。

（5）稀土离子提取微纳气泡支撑有机薄层液膜萃取是一种独特的气液液三相萃取方式，可从各种复杂水溶液中富集分离低浓度目标金属离子。研究发现，金属离子的萃取速率与气泡表面有机液膜的厚度密切相关。通过改变泵入萃取柱的气体与有机相的体积流量之比，可以很容易控制有机液膜的厚度。因此，通过调节有机膜的厚度，可以有目的地控制目标金属离子的反应行为，增强不同共存金属离子分离系数，得到了有机液膜厚度与稀土离子提取率的动力学方程式，并验证了方程的正确性。

相关研究成果在ChemicalEngineering & Processing: ProcessIntensification（2022，172，108775）上发表。

（6）国际发明专利-微小水量逆袭变速上向流式轻量滤材

课题组发明了一种微水量反冲变速上向流轻质滤料过滤器及其方法，包括：反应器、进水配水系统、气反冲洗系统、微水反洗喷淋系统、集水系统、排水/排泥系统；变速过滤区位于反冲洗剥离区上部，该区域横截面面积由下到上逐渐减小，呈圆台状，因进水流量不变，横截面面积减小，该区域滤料滤层所受到向上的滤速压力也逐渐增大。变过滤截面设计，形成滤速的由慢变快，同时压力由低变高的过滤状态，不仅可以实现过滤时滤层靠水力自动压紧的目的，也相应解决了以往轻质滤料滤层本身无法压实，孔隙松散较大的不足。该研究申请了PCT专利，并获得日本专利授权（特许第7145544号）。