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    納米環境材料有著怎樣的進展、機遇與挑戰?且看26位科學家的報告

     
     

    1122-25日,第四屆納米環境技術年會暨2018全國納米環境技術學術會議在廣州市成功召開。本次會議是繼2015年第一屆納米環境技術年會舉辦以來的第四屆會議,圍繞“納米環境材料與技術——進展、機遇與挑戰”,邀請該研究領域做出突出成就的知名學者(院士、長江學者、國家杰青等國內專家)參會并做大會報告和分會學術報告,致力于對我國納米環境領域的最新成果進行交流,為該領域的研究人員搭建一個彼此了解、相互交流的平臺。中國科學院物理研究所解思深院士、中國科學院高能物理研究所柴之芳院士、中國科學院生態環境研究中心江桂斌院士、中國科學院化學研究所趙進才院士及160余位環境領域的專家、學者、企業代表和研究生參加此次會議。

    本次會議主要報告為兩天,分為:一個主會場,兩個分會場。主會場(1123日上午及1124日上午),分會場一(1123日下午)和分會場二(1123日下午)。大連理工大學全燮教授、中國科學院合肥物質科學研究院劉錦淮研究員、中國科學院南京土壤研究所駱永明研究員、華南理工大學林璋教授、中國科學院生態環境研究中心劉景富研究員、華北電力大學王祥科教授、浙江大學林道輝教授、南京大學潘丙才教授及中國科學院生態環境研究中心江桂斌院士等納米領域優秀科學家為我們獻上了精彩的學術報告。下面,就讓小編帶你走進這場納米科學技術與環境碰撞的精彩瞬間。

    1123日主會場:(主持人中國科學院高能物理研究所柴之芳院士、中國科學院化學研究所趙進才院士、華南理工大學林璋教授)

    大連理工大學全燮教授——基于碳納米材料和納米效應的膜分離技術及其水處理特性。全燮教授從研究背景開講,再以碳納米材料分離膜和催化臭氧氧化分離膜分別展開。膜分離技術在水和廢水處理中發揮重要的作用,例如在海水淡化、飲用水處理、污水處理-MBR、近零排放-工業廢水深度處理回用,分離膜市場快速增長,根據2012年與2020年(預測)膜市場占有比(地域)分析,中國是膜增長速率最快的國家,2012年中國市場已占有15%全球份額,預計2014~2019五年內CAGR將達到18%,接近全球CAGR2倍。全燮教授認為需解決高通量(高滲透性)、高選擇性(高截留率)、抗膜污染的膜分離新方法新原理等關鍵科學問題;并形成高通量(高滲透性)、高選擇性(高截留率)、抗膜污染和可工業化生產的分離膜的制備技術等關鍵技術突破。全燮教授闡述了基于碳納米材料的膜分離技術和膜分離與催化O3氧化耦合中納米效應。在毒性有機污染物的去除性能的工作中,采用相對較高的表面積和良好的電化學穩定性的多壁碳納米管(MWNTs)制備電極,通過電化學輔助吸附去除全氟辛烷磺酸(PFOS)和全氟辛酸(PFOA),與open circuit (OC)吸附相比,在低極化電位下可以提高吸附速率和吸附容量。團隊發現納米效應下O3產生高濃度·OH:·OH強度隨納米孔道的縮小而大幅提升,10 nm反應器反應速率提高2-4個數量級。團隊研發出基于錳/鈰氧化物的最優催化劑配方,實現某印染生化出水為原水接觸反應時間:COD150 mg/L 降至50 mg/L;出水苯胺未檢出。最后,全燮教授總結:基于碳納米材料的分離膜具有高滲透率、高通量的特性;碳納米材料的分離與電化學耦合-抗膜污染、提高截留率,同時膜分離與催化臭氧氧化耦合產生納米效應,強化羥基自由基的產生,從而提高污染物的氧化分解效率。

    報告提及文獻:

    1Scientometrics (2015) 105:577591

    2Secondary Research and Marketsandmarkets Analysis

    3China Water Risk, Chinas Membrane Rush.

    4Zhang S., Quan X., Environ Sci Technol, 2018;

    5Zhang S., Quan X., Commun., 2017, 53, 2575-2577.

    6Xiaona Li, Xie Quan*, et al. Environ. Sci. Technol. 2011.

    7Zhang S., Quan X., Environ Sci Technol, 2018;

    8Water Res., 2017, 122, 86-95

    9Zhang S., Quan X., Commun., 2017, 53, 2575-2577.

    中國科學院合肥物質科學研究院劉錦淮研究員——抗生素的濫用與控制策略及處理技術。世界衛生組織相關資料顯示,我國每年有8萬人直接或間接死于濫用抗生素。抗生素誘導的環境問題主要是排放源清單不清楚,精度不高,各級管理部門不清楚抗生素的來源和排放情況;抗生素濃度比較高的醫藥、生活污水、養殖廢水缺乏有效的去除技術。劉錦淮研究員認為控制策略上需抗生素的污染控制策略與技術并行,既要明晰排放源清單排放量,也需研發新的抗生素處理技術。其團隊的總體研究思路是針對抗生素難去除問題,發展高效納米凈水材料,開發深度凈水技術,形成綜合處理方案,集成系統設備,實現污染物高效去除。其團隊部分研究進展:(1)基于β-環糊精高效去除抗生素的納米吸附材料與技術研究,發展了一種富含納米孔的多孔β-環糊精聚合物實現對水中多種抗生素的高效、快速去除;(2EDTA-Fe(III)的類芬頓法對水體中孔雀石綠的去除,EDTA促進了反應體系羥基自由基(·OH)的快速產生,加快對抗生素孔雀綠的高效降解;(3)一種納米雜多藍催化劑高效降解抗生素,發展出一種納米“線球”雜多藍類催化劑用于抗生素的降解;(4)倒置A2+一體式微納曝氣好氧MBR聯合反應 ,具有膜組件置于生物反應器內部,省掉二沉池與膜池,增加活性污泥濃度,微納曝氣技術提高生化反應的效率等優勢。團隊在合肥濱湖醫院進行抗生素深度處理技術中試與應用,中試運行日處理醫院廢水10噸。劉錦淮研究員最后總結:濫用抗生素是重大的全球性挑戰問題,將嚴重威脅公共健康、經濟增長和全球經濟穩定;抗生素在自然界中富集,將導致耐藥超級細菌頻頻出現,今天不行動,明天就無藥可用;納米材料具有超強的吸附降解性能,將會在抗生素的深度處理中發揮越來越重要的作用!

    報告提及文獻及專利:

    1Applied Surface Science 426 (2017) 29

    2)發明專利:CN201810358199.3

    3Journal of Environmental Management (2018, 226, 256)

    4Yang et al., Total Environ. 2010, 408, 3424-3432

    5Yang et al., J. Environ. Sci. Health, 2011, 46, 272-280

    6Zhou et al., Pollut. 2011, 159, 1877-1885

    7)應光國等,《流域化學品生態風險評價—以東江流域為例》

    8He et al., ES&T 48(2014):13120-13129;

    9Zhou et al., Sci Total Environ 444(2013):183-195;

    10Su et al., JEM 13(2011):3229-3236

    11He et al., ES&T 48(2014):13120-13129;

    12Zhou et al., Sci Total Environ 444(2013):183-195;

    13Su et al., JEM 13(2011):3229-3236

    14Chenet al., Environ Sci Pollut R(2015):22:17941803

    中國科學院南京土壤研究所駱永明研究員——土壤中納米物質提取、遷移及凈化作用研究。駱永明研究員提出科學問題土壤中既存在著天然的納米粒子,又存在著人工納米粒子,天然的和人工合成的納米粒子在土壤環境中的歸宿及效應如何,目前尚難以回答這樣的問題,關鍵在于能否獲得穩定的納米物質。駱永明研究員團隊的研究從土壤中天然納米膠體粒子入手,解決如何從土壤中獲得納米膠體粒子的方法學問題。在報告中,駱永明研究員提出了土壤納米膠體的分離制備方法,即以水作分散劑,采用連續分級的方法,可以簡單、快捷地獲得“原狀”的土壤納米膠體樣品,供土壤中納米物質的研究。駱永明團隊針對土壤中人工納米顆粒的遷移性,進行可變電荷土壤中納米二氧化鈦遷移性的模擬研究。團隊發現溶解性有機質含量高的鷹潭水耕人為土壤浸提液中nTiO2穩定性更高;沉降過程,nTiO2吸附到土壤顆粒表面,與土壤顆粒共沉降;猜測nTiO2遷移性與土壤中無定形氧化鐵含量可能呈現負相關,大部分nTiO2可滯留在可變電荷土壤(紅壤)中。最后駱永明研究員還打了個小廣告,第一屆全國土壤修復大會(The 1st National Congress of Soil Remediation)將于2018124-7日(世界土壤日)在南京國際博覽中心召開,歡迎同行參加。

    報告提及文獻:

    1Gottschalk et al., 2009; 

    2Ge et al., 2011

    華南理工大學林璋教授——納米晶生長調控技術資源化處理鉻渣的研究。林璋教授在報告中指出我國工業危廢產量高達億噸每年,其中有超過60%沒有妥善處置,從而造成嚴重的生態危害。鉻渣處理的主流是還原固化法,還原鉻渣在堆放過程往往出現六價鉻的緩釋現象,造成二次污染。林璋教授指出鉻渣中鉻之所以難回收,其主要原因是渣中或多或少存在納米物相,這些納米相有強吸附、易團聚、易摻雜的特點,因此,六價鉻可以呈現為界面強吸附、聚集包夾、晶格摻雜等狀態,成為鉻渣中的鉻無法深度提取的關鍵難點。林璋團隊人工調控納晶快速轉化的原理來消除礦物材料的納米效應,實現毒性鉻的高效分離。林璋團隊選取鉻鹽鉻渣,氯酸鹽鉻渣和電鍍鉻渣這三種典型鉻渣為對象,其工作思路首先是需要鑒別出影響Cr(VI)賦存的關鍵納米礦物,其次要探索出關鍵納晶快速轉化的途徑,同時研究如何實現晶相調控中Cr(VI)的高效分離,最后在此基礎上發展納晶快速轉化分離回收Cr(VI) 技術,并指導企業實現技術驗證。

    報告提及文獻:

    1Am. Chem. Soc. 2006,128,12981;

    2Nanoscale, 2010, 2, 18;

    3Am. Chem. Soc. 2010, 132, 9528;

    4Am. Chem. Soc. 2012, 134, 16628;

    5CrystEngComm 2014, 16, 1419;

    6Commun.2015,51, 6141.

    7Am. Chem. Soc.2006,128,12981;

    8Nanoscale, 2010, 2, 18;

    9Am. Chem. Soc.2010, 132, 9528; 

    10Am. Chem. Soc.2012, 134, 16628;

    11CrystEngComm2014, 16, 1419;

    12Commun.2015,51, 6141.

    13Chem. Int. Ed. 2008, 47, 5619

    14Am. Chem. Soc., 2012, 134, 16228

    15Commun., 2015, 51, 6141

    1124日主會場:(主持人廣州大學胡春教授,華南理工大學葉代啟教授,中國科學院合肥物質科學研究院劉錦淮研究員)

    中國科學院生態環境研究中心劉景富研究員——環境中納米顆粒的分離測定方法及生成轉化研究。劉景富研究員在報告中提到近年的研究發現,在許多環境介質中都可檢測到納米材料,甚至我國的科研人員在廈門海灣沉積物中檢測到TiO2納米材料。進入環境中的納米材料的環境安全性研究極為重要,亟需發展環境中痕量納米顆粒的分離測定方法。劉景富團隊利用濁點萃取分離富集納米銀和銀離子,并進行納塑料的濁點萃取富集及Py-GC/MS測定,發現納塑料的濁點萃取無粒徑歧視;劉景富研究員在含銀納米顆粒的圓盤固相萃取實驗發現萃取前后粒徑不變。在納米顆粒的分離測定方法方面,將色譜圖中的保留時間換算成粒徑,得到納米顆粒的質量與粒徑分布圖,利用納米顆粒的質量與粒徑分布圖,可一步實現納米材料的尺寸表征、質量定量和組成鑒定。

    報告提及文獻及專利:

    1ZQ Tan, JF Liu* et al., Environ. Sci. Technol. 2017, 51, 1236912376

    2Li et al., ES&T, 2013, 47, 7317

    3Prichard et al. Environ. Sci. Technol. 2012, 46, 3149

    4Gondikas et al., Environ. Sci. Technol. 2014, 48, 5415

    5EPA Nanotechnology White Paper 2007

    6Windler et al. Sci. Technol. 2012, 46, 8181

    7JF Liu, R Liu, YG Yin, GB Jiang*, Chem. Commun. 2009, 1514.

    8)國際專利申請號:PCT/CN2009/000774

    9JF Liu*, JB Chao, R Liu, ZQ Tan, YG Yin, Y Wu, GB Jiang, Chem. 2009, 81, 6496

    10JB Cao, JF Liu*, SJ Yu, YD Feng, ZQ Tan, R Liu, YG Yin, Chem. 2011, 83, 6875-6882

    11SJ Yu, JB Chao, J Sun, YG Yin, JF Liu*, GB Jiang, Sci. Technol. 2013, 47, 3268

     華北電力大學王祥科教授——納米材料表面功能化修飾及對環境污染物去除研究。王祥科教授在報告中提到大量的放射性核素釋放到環境中,給環境污染和人類健康帶來了重大威脅,放射性核素和環境介質的相互作用與其化學形態(chemical species)與微觀結構密切相關。同時提到EXAFS方法研究重金屬離子在固體表面的微觀結構,理論計算化學在環境化學中可作分子水平分析表征作用。王祥科教授的報告介紹了許多表征技術在實驗處理中的技巧性應用,詳細可看下列參考文獻。例如GO上表面基團的影響UVI)的吸附中,利用Raman UV-vis,根據rGO表面含有大量的sp2雜化的碳原子,得到GO表面的含氧官能團被還原的結論;強的224 nm的特征峰(C=C鍵的π→π* 躍遷) rGO體系的吸收強度最大,這主要是由于石墨烯表面的共軛的π結構造成,表面氧化官能團的產生使離域的C=C鍵含量降低,體系的電導率和光學吸收均有所降低,等等。

    報告提及文獻:

    1Soc. Rev. 42(2013) 8821; 47(2018)232;  

    2Mater. 23(2011) 395929(2017) 1605502. 29(2017) 1703258Adv. Sci. (2018) 1800235;Adv. Func. Mater. (2017) 1702232Chem. Sci. 3 (2012) 433;ACS Nano7 (2013) 3589;

    3Sci. Technol. 48(2014) 549348(2014) 1313849(2015) 425549(2015) 9168 49(2015) 1172150(2016) 3658; 50(2016) 4459 50(2016) 7290 50(2016) 6008; 50(2016) 936151 (2017) 3728; 51 (2017) 6156; 51(2017) 7686; 51(2017)12274; 51(2017) 12868; 52(2018) 1880; 52(2018) 7996

    4Cosmochim. Acta 75(2011) 6520; 121 (2013) 84; 140 (2014) 621; 165(2015)86; 166(2015) 129; 180(2016)151.

    5Soc. Rev. 42(2013) 8821; 47(2018)232;  

    6Mater. 23(2011) 395929(2017) 1605502. 29(2017) 1703258

    7Sci. (2018) 1800235; Adv. Func. Mater. (2017) 1702232

    8Sci.  3 (2012) 433;  ACS Nano7 (2013) 3589

    9 Sci. Technol. 48(2014)  5493 48(2014) 1313849(2015) 425549(2015) 9168 49(2015) 1172150(2016) 3658; 50(2016) 445950(2016) 729050(2016) 6008; 50(2016) 936151 (2017) 3728; 51 (2017) 6156; 51(2017) 7686; 51(2017)12274; 51(2017) 12868; 52(2018) 1880; 52(2018) 7996

    浙江大學林道輝教授——溶解性有機質對納米顆粒環境行為與生物效應的影響。林道輝教授在報告中提到納米材料廣泛應用,自身尺寸效應具有毒性,暴露到環境中引發潛在毒性,環境組分與納米顆粒相互作用影響其風險,亟需科學分析納米顆粒(NPs)的環境風險。溶解性有機質(DOM)是非常活躍的重要環境組分,林道輝教授工作闡明DOMNPs環境行為與生物效應的影響。林道輝教授對于NPs生物效應中界面過程及DOM的作用及機制是如何的科學問題探究中得到以下結論:探究納米顆粒-細胞界面作用及其毒性效應發現CNTs能團聚包埋藻細胞,并通過穿刺和胞吞作用進入細胞,表現毒性;銳鈦礦TiO₂NPs能與藻/細菌細胞強烈作用而表現毒性;胞外高聚物控制NPs-生物界面作用、生物累積與毒性,界面作用受NPs類型、晶型和表面性質調控;NPs干擾藻細胞代謝過程、基因表達,抑制光合系統中電子傳遞,影響其分裂與繁殖。在探究DOM與共存污染物對納米顆粒毒性效應的影響發現腐殖酸降低但表面活性劑增加CNTs的藻類毒性;腐殖酸能抑制TiO₂NPs-藻細胞作用而降低毒性;NPs會與有機污染物產生復雜的協同、拮抗、加和等聯合毒性效應。在探究真實水質對NPs性質與毒性效應的復雜影響中發現地表水樣中NPs對藻、蚤的毒性顯著低于培養基中,毒性緩解作用與主要水質間無顯著相關→猜測可能是共同作用?環境組分會與鐵基NPs相互作用,致使其老化,降低其生物毒性。最后林道輝教授小結到:(1)溶解性有機質強烈吸附在疏水性納米顆粒表面,抑制其團聚,提高其在水和土壤環境中的遷移性能;(2)天然有機質抑制納米顆粒-生物界面作用降低了納米顆粒的生物效應。而真實環境中納米顆粒的行為與生物效應是如何仍值得細致探究。

    報告提及文獻:

    1Environ Sci Technol 2008, 42, 5917-5923; 2008, 42, 72547259

    2Carbon, 2009, 47, 2875-2882

    3J Hazard Mater 2012, 241, 404410

    4Environ Sci Technol 2010, 44, 8144

    5Chemosphere 2012, 89, 1316; Environ Pollut 2012, 167, 138

    6Water Res. 2017, 108, 271-279

    7J Environ Qual 2010, 39, 18961908

    8Environ Pollut 2013, 182, 269-277

    9Sci Total Environ 2018, 628629, 11301138

    10Environ Sci Technol 2012, 46, 84588466

    11Chem Eng J 2011, 170, 525530; Environ Sci Technol 2015, 49, 932939

    12Environ Sci: Nano, 2018, 5, 720-729; Sci Rep 2016, 6, 32998

    13Environ Sci: Nano 2018, 5, 2415-2425

    14Ecotoxic Envrion Safe 2018, 161, 497-506

    15Carbon 2015, 83, 198-207

    16Water Res. 2012, 46, 4477-4487

    17Nanotoxicology 2017, 11, 591-612;Nanotoxicology 2017, 11, 11151126

    18Environ Pollut 2016, 218, 505-512; 化學進展, 2017, 29, 1072-1081

    19 Environ Pollut 2018, 232, 10-30

    南京大學潘丙才教授——環境納米復合材料的構建、規模化應用及若干納米限域特性。潘丙才教授的報告生動活潑,在水中特征污染物深度凈化的迫切需求需要發展深度處理技術大背景下引出水處理納米技術。國內外鮮見納米技術工程化水處理的應用報道,因為納米材料存在易團聚失活,引入分散劑導致二次污染,易板結與壓頭損失不對應等問題。潘丙才教授利用交聯網狀結構,將納米材料像老虎一樣困在籠子中,實現機械強度高,化學穩定性好,易于化學改性和便于操作等優點。潘丙才教授通過聚苯乙烯高分子材料構建限域體系,得到納米復合材料,保持納米活性,突破納米顆粒工程化應用瓶頸。相比活性炭等負載的納米材料,潘丙才教授研制的復合材料在污染物凈化速度與納米顆粒的穩定性方面有顯著提升;而相比常用于重金屬凈化的離子交換樹脂,復合材料在污染物深度凈化能力與工作容量方面有十分顯著的提升。同時,納米復合材料材料除污性能強,選擇性更高,可實現骨架-納米顆粒協同。潘丙才團隊還制備系列毫米尺寸復合納米吸附材料,材料噸級量產,首次實現我國環境納米復合材料的系列化、規模化生產,發明了基于新材料的工業廢水深度處理與回用新技術。潘丙才教授在工程示范應用介紹中提及某電鍍基地污水處理廠設計處理能力12000 t/d,納米技術單元處理能力可達2000 t/d。中試應用拓展到飲用水深度處理,地表水深度除磷中試研究等。潘丙才教授還對納米限域特性物理過程中的結晶行為和結垢行為化學效應中的表面化學性質和化學反應機理進行成果舉例,詳見如下文章:Zhang & Pan*, Environ Sci Technol 2016, 50, 1447Zhang & Pan*, Environ Sci Technol (revised)Yang & Pan*, Chem Eng J 2011, 178, 161-167 Pan*, Environ Sci Technol 2014, 48, 5101Meagan S. Mauter and Menachem Elimelech, The role of nanotechnology in tackling global water challenges. Nature Sustainability2018, 168 (1), 166175Zhang & Pan*, Environ Sci Technol 2017, 51, 9210Pan & Pan*, Nanoscale 2017, 9,19154Zhang & Pan*, Environ Sci Technol 2017, 51, 6326Zhang & Pan*, Environ Sci Technol 2017, 51, 13363Shan & Pan*, Chem Eng J 2018, 338, 261。在潘丙才老師報告的結尾,歸納納米技術發展路線中提到一句話與大家分享:There is plenty of room at the bottom.

    報告提及文獻:

    1Zhang & Pan*, Environ Sci Technol2017, 51, 9210

    2Pan & Pan*, Nanoscale 2017, 9, 1915

    3Pan*, Environ Sci Technol 2014, 48, 5101

    4Zhang & Pan*, Environ Sci Technol2017, 51, 9210

    5Pan*, Chem Eng J 2014, 248, 290

    6Pan & Pan*,Water Res 2010, 44, 815

    7Pan*, Environ Sci Technol2014, 48, 5101

    8Pan*, Environ Sci Technol2013, 47, 6536

    9Hua and Pan*, ACS Appl Mater Interfaces2013, 5, 12135

    10Pan*, Environ Sci Technol 2013, 47, 6536

    11Zhang & Pan*, Environ Sci Technol2016, 50, 1447

    此外,中國科學院生態環境研究中心江桂斌院士也在閉幕前帶來精彩的壓軸學術報告!

    1123日分會場一:(主持人廣東省生態環境與土壤研究所李芳柏研究員、中山大學歐陽鋼鋒教授、清華大學姚強教授、中國科學院合肥物質科學研究院黃行九研究員)

    北京大學朱東強教授對天然納米顆粒物對有機污染物的吸附及光催化轉化行為研究進行報告,在天然納米顆粒對污染物環境行為具有重要影響的研究背景下,發現天然納米顆粒是土壤有機污染物的吸附劑、載體和反應器。在蒙脫石顆粒尺寸對其與四環素間作用的影響探究中發現四環素在11000rpm粘土樣品的吸附顯著低于其他組分的樣品,膠體蒙脫石顆粒形成“卡房”結構,阻礙四環素分子進入粘土層間(Xu and Zhu 2014, J. Environ. Qual.)。在蒙脫石膠體顆粒對四環素光轉化的促進效應探究中提出新型有機污染物在粘土表面吸附-轉化耦合作用新機制(Xu et al., 2018, Environ. Sci. Technol. Under revision.)。在離子效應控制了溶解性黑碳的空間構型和聚沉行為探究中發現Na+Mg2+無法誘導溶解性黑碳的團聚行為,而Ca2+易使溶解性黑碳脫穩團聚為解釋土壤有機質高含量芳香組分提供了新視角(支持了“Aggregation”觀點)(Qu et al., 2016, Carbon; Xu et al., 2017, Environ. Sci. Technol.; Xu et al., 2018, Environ. Sci. Technol. Under revision.)。同時發現溶溶解性黑碳對疏水性有機物的高吸附能力由“假膠束”機制引起(Fu et al., 2018, Environ. Pollut.);溶解性黑碳比腐殖酸具有更高的光化學活性,光敏化產生大量1O2O2-Fu et al., 2016, Environ. Sci. Technol.; Zhou et al., 2018,  Environ. Sci. Technol.);黒碳溶出礦物具有較高光催化活性(Fu et al., 2018,  Environ. Sci. Technol.);膠體黒碳及溶解性黒碳對硫化物還原硝基苯的促進效應(Manuscript submitted.)等結論。中國人民解放軍軍事醫學科學院襲著革研究員報告微納米尺度物質健康影響評價技術與應用,在比較研究各個尺度微納粒子健康危害的基礎上,重點研究了PM2.5和納米材料,圍繞環境中微納粒子進行健康影響評價的3個關鍵問題,一是微納粒子健康危害的靶點和劑量關系,二是是否會吸附環境污染物,放大其危害,三是傳統評價技術是否適合納米粒子。發現了納米材料可促進細菌之間接合質粒介導的耐藥基因轉移;揭示了微納米粒子對血管外膜和內皮細胞結構、功能損傷的特點和規律;定量表征了PM2.5、納米顆粒物及載帶致癌物的尺寸效應和致癌作用;建立了毒理學替代動物線蟲的毒性評價技術和環境安全劑量的評價方法。北京工業大學鄧積光研究員報告貴金屬催化劑催化凈化VOC研究,在如何提高0.05 wt%Pt/TiO2催化凈化丙酮的性能研究上,發現CeO2可顯著提高0.06 wt% Ag/Mn2O3催化凈化甲苯的穩定性。分析Ce改性0.05 wt%Pt/TiO2催化凈化丙酮的過程發現丙酮吸附在催化劑表面,在低溫下丙酮部分氧化生成甲酸鹽物種;隨著反應溫度的升高,甲酸鹽變成碳酸鹽物種;最后中間物種完全氧化生成CO2H2O。報告小結得到貴金屬-氧化物界面是主要活性位,具有優異的催化凈化丙酮性能;調控表面酸堿性,可適當提高催化劑抗CO2SO2性能等結論。

    報告提及文獻:

    北京工業大學鄧積光研究員報告:

    1Appl Catal B 65 (2006) 3743;

    2Angew Chem Int Ed 51 (2012) 9628-9632

    大連理工大學劉猛教授報告致病微生物即時檢測檢驗技術研究,在水()源性致病菌的背景下,研究即時檢測檢驗技術,從傳統實驗室到紙芯片實驗室,從傳統儀器到微流控紙分析器件。針對致病菌C.difficile的快速檢測,利用體外進化技術篩選出具有特異性識別和強結合能力的功能核酸分子;發展了新型的恒溫指數核酸擴增方法,實現了識別信號的放大;利用折紙原理,制備了三維紙基微流控芯片,實現了分子識別和信號放大的可控偶聯,用于致病菌的快速和高靈敏檢測。劉猛教授說他的工作是用體外進化的力量解決環境分析化學問題。中國科學院生態環境研究中心張靜研究員報告納米砷渣中砷的釋放與氧化:可見光的促進作用。在報告中總結道砷渣的排放與堆積產生巨大環境危害,光照大大促進了砷渣中砷的釋放和氧化,增加環境危害,光照產生活性氧及硫自由基,導致砷和硫的釋放與轉化,對重金屬遷移轉化、硫元素的地球化學循環影響,砷渣環境行為的研究對堆存與后處理的指導意義。張靜研究員同時還提到下一步工作計劃是抑制砷的釋放——固化穩定化策略,進一步促進釋放——分離回收利用。南開大學祝凌燕教授報告納米銀材料在水環境中化學轉化行為的影響機制研究。在報告中提到納米銀材料在水環境中的化學轉化(包括氧化溶解和硫化轉化)是復雜的異相反應。其中納米銀材料的表面積是影響硫化速率的關鍵因素之一,納米銀的硫化是以直接硫化為主的過程,陽離子表面活性劑顯著促進納米銀線的氧化溶解和硫化轉化,納米二氧化鈦促進納米銀的氧化溶解和再還原形成更加小粒徑的納米銀,將改變其生物效應。

    報告提及文獻:

    大連理工大學劉猛教授報告:

    1ACS Nano 2014, 8, 5564;

    2Trends Anal. Chem. 2015, 74, 120;

    3Biochimie 2018, 145, 151 (Invited paper);

    4MRS Commun 2018, 8, 687 (Invited paper);

    5Chem. Int. Ed. 2018, 57, 12440

    南開大學祝凌燕教授報告:

    1Lee, et al. ACS Nano, 2007.;

    2Fabrega, et al. Environ. Int. 2011.;

    3Yang, et al. Environ. Sci. Technol. 2012.;

    4Sci. Technol. 2016, 50, 13283.;

    5Sci. Technol. 2016, 50, 13283.;

    6Sci. Technol. 2016, 50, 13283.;

    7Sci.: Nano. 2018, 5 (10), 2452.;

    8Sci.: Nano. 2018, 5 (10), 2452.;Environ. Sci.: Nano. 2018, 5 (5), 1191.;

    9Sci.: Nano. 2018, 5 (5), 1191.

    華南理工大學石振清教授報告納米尺度下礦物和有機質相互作用機制及其對重金屬環境行為影響。石振清教授發現鐵礦物轉化、重金屬形態分布以及有機質分布之間的動態耦合影響著重金屬環境行為和礦物及有機質穩定性。納米甚至原子尺度下的微觀機制的研究有助于準確的建立宏觀環境模型來預測重金屬多尺度動力學行為。分子層次上有機質在礦物表面上的分餾機制有助于建立機理模型預測有機質和污染物環境行為。石振清教授通過將重金屬和土壤反應的熱力學平衡(靜態)和動力學反應(動態)有機整合在一起,建立了不同條件下的重金屬反應的通用模型;發展的模型有助于預測重金屬的生物有效性、環境轉化和歸宿。山東大學占金華教授報告過渡金屬氧化物@環糊精與有機微污染化合物的催化降解,從識別,催化和選擇性輸出三方面凝練工作。識別:環糊精與有機微污染的主客體相互作用;催化: 過渡金屬氧化物納米材料催化過氧化氫等氧化劑產生氧化性自由基;選擇性輸出:有機微污染被催化降解為各類小分子酸。南京大學毛亮副教授報告石墨烯在典型生物體內的分布、遷移與轉化,主要得到石墨烯能夠在水稻根、莖葉累積,石墨烯還能夠跨過細胞膜進入葉綠體;暴露于石墨烯的水稻莖葉中羥基自由基的存在,可能是導致水稻莖葉中石墨烯礦化的原因;從土培實驗進一步證實了累積的石墨烯在水稻中能被礦化等結論。

    報告提及文獻:

    山東大學占金華教授報告:

    1René P. Schwarzenbach et al., Science 2006, 313, 1072-1077; William R. Dichtel et al., Nature, 2016, 529, 190194 ;

    2StanisławWacławek et al., Chemical Engineering Journal 2017, 330, 44-62 ;

    3Abdelkrim Azzouz et al., Applied Catalysis B: Environmental 2015, 174175, 277-292 ;

    4Jae-Hong Kim. Nature nanotechnology, 2018, 13, 642-650;

    5Lawrence P. Wackett et al., Appl. Environ. Microbiol. 2004;70:647-655;

    6Grégorio Crini, Chem. Rev. 2014, 114, 1094010975;

    7Jo´zsef Szejtli Introduction and General Overview of Cyclodextrin Chemistry Chem. Rev. 1998, 98, 1743-1753;

    8Phys. Chem. A, 2010, 114, 1312213128;

    9Journal of Hazardous Materials 2011, 192, 1780-1786;

    10Journal of Colloid and Interface Science 2015, 447, 1-7;

    11Pedro J. J. Alvarez et al Environ. Sci. Technol. 2018, 521240212411 ;

    12Applied Catalysis B: Environmental 2016, 188, 113-122 ;

     13Journal of Hazardous Materials 357 (2018) 109118 ;

    此外,蘇州大學王殳凹教授、昆明理工大學關清卿教授、重慶工商大學董帆教授,河南農業大學王合中副教授也在分會場上做了精彩報告。

    1123日分會場二:(主持人華南理工大學韋朝海教授、東莞理工學院牛軍峰教授、廣州大學閆兵教授、廣東工業大學安太成教授)

    中國科學院合肥物質科學研究院孟國文研究員報告幾種接近實用化的SERS襯底與器件。孟國文教授團隊實現對甲基對硫磷農藥模擬污染液的快速痕量檢測(Huang , Meng*, et al. ACS Appl. Mater. Interfaces, 7, 17247 (2015)),搭建了基于“納米結構光纖探針增強型”便攜式器件(Huang, Meng*, et al. ACS Appl. Mater. Interfaces, 7, 17247 (2015)Liu, Meng, Mao,  et al. Nanoscale 8,10607(2016)),研制了“光纖探針增強型”便攜式拉曼光譜儀樣機,實現了對污染土壤提取液中兩種多氯聯苯的快速檢測。中國科學院生態環境研究中心劉倩研究員報告同位素指紋追蹤環境中納米顆粒的來源。劉倩研究員報告中說道兩類重要的環境顆粒態污染物:PM2.5、納米顆粒物(超細顆粒物),在目前的認知是不能夠通過同位素指紋揭示顆粒物來源,例如Ag同位素指紋不能直接區分天然與工程納米銀(Q. Liu*, G. Jiang*, Nat. Nanotechnol. 2016, 11, 682-686)。而劉倩研究員發現不同污染源具有顯著不同的Si同位素指紋,滿足同位素溯源的前提條件,利用Si同位素判斷重點污染源(Environ. Sci. Technol. 2018, 52, 10881095),并實驗利用Si同位素指紋反映了近年北京PM來源的變化。中國科學院高能物理研究所石偉群研究員報告MXene材料對錒系元素的吸附與固定化研究。石偉群研究員以V2CTx為示范,首次從實驗上證實了MXene材料可用于放射性核素的吸附分離。理論預測了Ti3V2TxU(VI)具有較強的相互作用,并通過插層和水化處理使Ti3C2TxUTh、重金屬離子、染料分子的吸附容量大幅提高,并利用MXene的納米多層結構實現了對放射性核素的高效封裝固定。研究了Ti3CTxU(VI)的持續吸附-還原固定行為,低pH條件下仍可實現U(VI)的高效去除,并對還原機理進行了深入研究。

    報告提及文獻:

    中國科學院高能物理研究所石偉群研究員報告:

    1Mater. 2014, 26, 992;

    2Chem. Res. 2015, 48, 128;

    3Mater. Chem. A .2014, 2, 14334.

    4L Wang, WQ Shi, et al. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2016, 8, 16396.

    5L Wang, WQ Shi, et al. J. Hazard. Mater. 2016, 308, 402-410.

    6L Wang, WQ Shi*, et al. Chem. Commun. 2017, 53, 12084.

    7Wang, Shi*, et al. Environ. Sci. & Technol. 2018, 52:10748.

    華東理工大學邢明陽副教授報告無機助催化芬頓反應體系處理有機污染物廢水的研究。邢明陽副教授發現三維石墨烯助催化光芬頓體系可實現中性條件下對有機污染物的有效去除;硫化物助催化芬頓體系可促進鐵離子高效循環,實現其對有機污染物的快速高效去除,實現同步氧化還原反應,及暗反應條件下的快速殺菌。同時,邢明陽副教授報告中提到鉬粉助催化芬頓體系有望在同步氧化還原、選擇性氧化等領域具有應用前景。華北電力大學孫玉兵副研究員報告放射性核素的環境行為及其在納米材料上富集機理。在報告中,孫玉兵研究員提到放射性核素的環境行為不僅與土--氣界面相關,而且放射性核素本身的化學形態和微觀結構也密切相關。而我們如何準確地預測和評估放射性核素在環境化學行為?孫玉兵團隊通過批次實驗法研究放射性核素在不同環境條件下吸附過程,然后利用表面絡合模型模擬其吸附過程,并揭示在不同環境介質中的作用機理,能夠很好地預測放射性核素在實際環境介質中的化學行為。中國科學院化學研究所陳春城研究員報告原位紅外在研究光催化表面反應中的應用。陳春城研究員驗證了氫鍵吸附在{001}面的水分子優先氧化,得到水分子在不同的晶面上有不同的吸附模式及只有氫鍵吸附在{001}的水分子被氧化的結論。同時發現配位吸附的水不利于被空穴氧化,氫鍵吸附有利于空穴氧化的發生,并不是吸附越強越有利于氧化反應。

    報告提及文獻:

    華東理工大學邢明陽副教授報告:

    1Dong, M. Xing* et al., Nature Commun.2018, 9, 1252 (Highlighted by Editor);

    2Qiu, M. Xing* et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56,2684 (ESI高被引論文);

    3Qiu, M. Xing* et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 10643

    4Qiu, M.Y. Xing* et al., J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 5852 (ESI高被引論文;ESI熱點論文)

    5Qiu, M.Y. Xing* et al., Sci. Rep., 2016, 6, 29099 (ESI高被引論文)

    6Qiu, M.Y. Xing* et al., Chem. Soc. Rev., 2018, 47, 2165 (ESI高被引論文)

    7Dong, M. Xing* et al., Appl. Catal. B Environ. 2018, 222, 146 (ESI高被引論文)

    8Qiu, M. Xing* et al., Appl. Catal. B Environ. 2016, 183, 216 (ESI高被引論文)

    9Y. Xing, J.L. Zhang*, Y. Yin* et al., Chem, 2018, 4, 135 (IF: 14.01)

    10Y. Xing*, J.L. Zhang* et al., Environ. Sci. Technol. 2018, 52, 1129711308

    11Y. Xing*, J.L. Zhang* et al., Water Research 2018, 145, 312-320

    華北電力大學孫玉兵副研究員報告:

    1Sun YB, Li JX, Wang XK*, Geochim. Cosmochim. Acta, 2014, 140, 621. ESI高被引論文.

    2Ding CC, Cheng WC, Sun YB*, Wang XK*, Geochim. Cosmochim. Acta, 2015, 165, 86. ESI高被引論文.

    3Jin ZX, Wang XX, Sun YB*, Ai YJ*, Wang XK*, Environ. Sci. Technol., 2015, 49, 9168. ESI高被引論文.

    4Song WC, Yang TT, Wang XX, Sun YB*, Ai YJ*, Sheng GD, Hayat T, Wang XK*, Environ. Sci. Nano, 2016, 3, 1318.

    5Sun YB, Zhang R, Ding CC, Wang XX, Cheng, WC, Chen CL, Wang XK*, Geochim. Cosmochim. Acta, 2016, 180, 51. ESI高被引論文.

    6Sun YB*, Wang XX, Song WC, Lu SH, Chen CL, Wang XK,  Environ. Sci. Nano, , 2017, 4, 222. ESI高被引論文.

    7Song WC, Wang XX, Chen ZS, Sheng GD, Hayat T, Wang XK, Sun YB*, Environ. Pollut., 2018, 237, 228;

    8Sun YB, Lan JH, Li MX, Hu W, Liu HB, Song G, Chen DY, Shi WQ*, Wang XK*, Environ. Sci. Nano, 2018, 5, 1981.

    9Ding CC, Cheng WC, Sun YB*, Wang XK*, Geochim. Cosmochim. Acta, 2015, 165, 86. ESI高被引論文.  

    10Wan T, Cheng W, Ren JH, Wu W, Wang M, Hu BW*, Jia ZY, Sun YB*, Environ. Sci. Nano, 2018, 5, 2731.

    11Li MX, Liu HB*, Chen TH, Chen D, Sun YB*. Sci. Total Environ. 2019, 651, 1020.

    12Liu HB, Li MX, Chen TH, Chen CL, Alharbi NS, Hayat T, Chen D, Zhang Q, Sun YB*, Environ. Sci. Technol., 2017, 51, 9227. ESI熱點論文

    13Sun YB, Wang Q, Chen CL, Tan XL, Wang XK*, Environ. Sci. Technol., 2012, 46, 6020.  ESI 高被引論文

    14Sun YB, Wu ZY, Wang XX, Ding CC, Cheng WC, Yu SH, Wang XK*, Environ. Sci. Technol., 2016, 50, 4459. ESI 高被引論文.

    15Cheng WC, Ding CC, Wu QY, Sun YB*, Shi WQ*, Hayat T, Alsaedi A, Chai ZF, Wang XK*, Environ. Sci. Nano, 2017, 4, 1124 ESI 高被引+熱點論文.

    16Sun YB, Wang Q, Chen CL, Tan XL, Wang XK*, Environ. Sci. Technol., 2012, 46, 6020.  ESI 高被引論文

    17Sun YB, Wu ZY, Wang XX, Ding CC, Cheng WC, Yu SH, Wang XK*, Environ. Sci. Technol., 2016, 50, 4459. ESI 高被引論文.

    18Cheng WC, Ding CC, Wu QY, Sun YB*, Shi WQ*, Hayat T, Alsaedi A, Chai ZF, Wang XK*, Environ. Sci. Nano, 2017, 4, 1124 ESI 高被引+熱點論文. Sun YB, Shao DD, Chen CL, Yang SB, Wang XK*, Environ. Sci. Technol., 2013, 47, 9904. ESI高被引論文.

    19Sun YB, Yang SB, Chen Y*, Ding CC, Cheng WC, Wang XK*, Environ. Sci. Technol., 2015, 49, 4255. ESI高被引論文.  

    20Sun YB, Shao DD, Chen CL, Yang SB, Wang XK*, Environ. Sci. Technol., 2013, 47, 9904. ESI高被引論文.

    21Sun YB, Lu SH, Wang XX, Xu C, Li JX, Chen CL, Chen J, Hayat T, Alsaedi A, Alharbi NS, Wang XK*, Environ. Sci. Technol., 2017, 51, 12274.

    22ESI 高被引+熱點論文; Li FB, Li XY, Cui P, Sun YB*, Environ. Sci. Nano, 2018, 5, 2000-2008.

    23Hu BW, Guo XJ, Zheng C, Song G, Chen DY, Zhu YL, Song XF, Sun YB*, Chem. Eng. J., 2019, 357, 66-74.

    中國科學院化學研究所陳春城研究員報告:

    1Am. Chem. Soc. 2018, 140, 3264

    2Am. Chem. Soc 2016, 138, 2705

    3Chem. Int. Ed. 2015, 54, 2052

    4Chem. Int. Ed. 2015, 54, 5905

    5Energy Environ. Sci. 2015, 8, 1231

    6Chen et al. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 18774

    7Hoffmann et al. Rev. 1995, 95, 69-96

    8Minero et al. Langmuir.2000,16,2632 ; Langmuir.2000,16,8964

    9Chem. Int. Ed. 2015, 54, 5905

    10Phys. Chem. C, 2017, 121, 22512257

    11Catal. B: Environ. 2018, 224, 376-382

    12Dupart et al. Proc.Natl. Acad. Sci. U S A. 2012 109: 2084220847

    13Han et. al. PNAS, 2012, 109, 2125021255

    14Proc. Natl. Acad. Sci. U S A.  2018, 115, 7717-7722

    華南理工大學劉煒珍副教授報告還原鉻渣堆存過程中的Cr(VI)緩釋機理及解決策略。劉煒珍副教授認為鈣礬石是還原堆存鉻渣中影響Cr(VI) 緩釋的關鍵物相之一,它含有晶格態的Cr(VI),但是在環境CO2等條件下容易晶格破壞從而釋放出Cr(VI)。鈣礬石對于還原堆存鉻渣的環境風險評估具有重要意義。還原鉻渣緩釋Cr(VI)的解決策略:用碳酸鹽作為調控劑,可導致鈣礬石的物相轉變,從而釋放Cr(VI)。水熱條件是必須的,可以促進晶體生長,使鉻渣徹底脫毒并回收Cr(VI)南開大學展思輝教授報告半導體光能驅動催化降解污染物界面機制的研究。展思輝教授通過材料界面化學官能團調控實現目標污染物的靶向去除和催化氧化一體化。在同軸Fe@TiSi快速凈化典型染料廢水實驗中發現γ-Fe2O3核心可以使纖維催化劑更容易從水中回收,Si的摻雜可以提升光催化降解效率,摻雜硅可以擴展可見光吸收抑制空穴電子重組并縮小TiO2的帶隙。上海師范大學卞振鋒教授報告基于光催化技術處理污水中鉻離子的研究。卞振鋒教授團隊發現通過表面簡單修飾,可實現選擇性吸附/脫附六價鉻/三價鉻離子,提高光催化還原速率,抑制光催化劑失活。

    報告提及文獻:

    南開大學展思輝教授報告:

    • Fenner K. et al. Science, 2013, 341: 752.
    • Bhattacharya S.et al. Science, 2009, 324: 885
    • Yu C. et al.  Nature, 2011, 470: 307
    • Tang Y. et al. Nature, 2014, 512: 371
    • Fu G. et al. J. Am. Chem. Soc. 2017,  139, 6, 2122-2131
    • Bao X.H. et al. Chem. Soc. Rev., 2017, 46, 1842-1874.
    • Zhan SH*, Zhu DD, et al. ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7: 4290
    • Ma SL, Zhan SH*, et al. ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7: 21875
    • Ma SL, Zhan SH*, et al. ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7: 10576
    • Zhan SH*, Yang Y, et al. J. Hazard. Mater. 2014, 274: 115
    • Zhan SH*, Zhu DD, et al. Appl. Mater. & Interfaces 2014, 6: 16841
    • F. Wang, S. H. Zhan*, Appl. Catal. B, 2017, 207, 335346

    上海師范大學卞振鋒教授報告:

    1Linsebigler et al. Chem. Rev., 1995, 95,735

    2Catal. B: Environ. 2018, 226, 213219

    3Nanoscale, 2013, 5, 1876

    4ACS Catal. 2013, 3, 1886

    5Mater. Chem. A, 2014, 2,2256

    6ACS Appl. Mater. Interfaces .2016, 8, 28671

    7Sci. Technol. 2017, 51, 3973

    8Catal. B: Environ. 2017, 206, 293299

    9Catal. B: Environ. 2018, 226, 213219

    此外,南開大學胡獻剛教授、中國科學院生態環境研究中心劉思金研究員、中國海洋大學趙建教授、同濟大學凌嵐研究員也在分會場上做了精彩報告。

    感謝會議主辦方、到場的各位報告人和大會工作人員的辛勤付出,期待下一屆納米環境技術學術會議!

    本文由材料人納米學術組莫元綸供稿,材料牛編輯整理。

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