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本網(wǎng)訊（資源與環(huán)境學(xué)院）近日，南昌大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院謝顯傳教授團(tuán)隊(duì)在環(huán)境領(lǐng)域著名學(xué)術(shù)刊物Water Research上發(fā)表了系列論文（2024, 250:121078; 2023, 245:120546;2022, 222: 118917），刊發(fā)了團(tuán)隊(duì)最新研究進(jìn)展。

團(tuán)隊(duì)研發(fā)自下而上的流域尺度磷物質(zhì)流模型，分析1950-2020年鄱陽(yáng)湖流域中磷元素的物質(zhì)流動(dòng)特征。隨著全球社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，每個(gè)國(guó)家和地區(qū)對(duì)磷資源需求都顯著增加。社會(huì)系統(tǒng)中磷的過(guò)度開(kāi)發(fā)和低效利用，不僅嚴(yán)重消耗全球有限磷礦資源，還造成全球性水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題。了解大型流域內(nèi)磷（P）的物質(zhì)流動(dòng)循環(huán)及其代謝過(guò)程對(duì)于全球磷資源的可持續(xù)利用和控制水體富營(yíng)養(yǎng)化至關(guān)重要。為此，課題組研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)了自下而上的流域尺度磷物質(zhì)流模型，分析1950-2020年鄱陽(yáng)湖流域中磷元素的物質(zhì)流動(dòng)特征。研究結(jié)果以“Analyzing the phosphorus flow characteristics in the largest freshwater lake（Poyang Lake）watershed of China from 1950 to 2020 through a bottom-up approach of watershed-scale phosphorus substance flow model”為題在Water Research（2023, 245:120546）上發(fā)表。

該論文采用了流域視角，建立了自下而上的流域磷流量分析模型，首次量化了1950年至2020年鄱陽(yáng)湖流域中磷元素的物質(zhì)流動(dòng)特征，探討了影響其強(qiáng)度的驅(qū)動(dòng)因素。總的來(lái)說(shuō)，在1950年-2020年鄱陽(yáng)湖流域中磷的物質(zhì)流動(dòng)循環(huán)不再是一個(gè)自然主導(dǎo)的循環(huán)，而是受到人類(lèi)活動(dòng)的顯著影響。人口增長(zhǎng)和農(nóng)業(yè)發(fā)展是研究區(qū)域磷流動(dòng)結(jié)構(gòu)變化的重要驅(qū)動(dòng)因素，它們導(dǎo)致了社會(huì)條件的變化，包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、飲食結(jié)構(gòu)和消費(fèi)水平，進(jìn)一步主導(dǎo)了磷的使用、排放和回收的循環(huán)模式。本研究提供了一個(gè)廣泛適用大型流域中磷元素的物質(zhì)流分析模型，研究了鄱陽(yáng)湖流域中磷的多年物質(zhì)流動(dòng)循環(huán)及代謝特征，為快速發(fā)展地區(qū)或國(guó)家大型湖泊的磷資源可持續(xù)管理提供了方法支持和政策見(jiàn)解。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043135423009867

團(tuán)隊(duì)研發(fā)多功能多孔β-環(huán)糊精聚合物用于水質(zhì)凈化。水環(huán)境中的多種污染物對(duì)人類(lèi)健康和生態(tài)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。其中，內(nèi)分泌干擾物、持久性有機(jī)污染物（POPs）、抗性素等有毒有機(jī)新污染物給水環(huán)境和人類(lèi)健康帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)，受到人們普遍關(guān)注。同時(shí)，水體中的天然有機(jī)物（NOM）不僅造成水體色嗅味感官指標(biāo)的惡化，還是消毒副產(chǎn)物的前驅(qū)體，也影響其他有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物的去除，給水處理帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。此外，水體中的病原微生物是水傳播疾病爆發(fā)的主要原因，也是水處理工藝重點(diǎn)控制目標(biāo)物。目前，污水處理廠對(duì)有機(jī)污染物和微生物的去除往往需要兩個(gè)或多個(gè)工藝的耦合，工序繁瑣，增加了工程建設(shè)投資和運(yùn)營(yíng)成本。所以，迫切需要開(kāi)發(fā)一種簡(jiǎn)單的凈化材料及水處理工藝，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水體中微污染物、天然有機(jī)物和病原微生物的同時(shí)去除。課題組研究團(tuán)隊(duì)研制了季銨化環(huán)糊精基樹(shù)脂新材料，可高效吸附去除水體中常見(jiàn)的雙酚A (BPA)等有毒有機(jī)污染物和腐殖酸(HA)等天然溶解性有機(jī)物，對(duì)水中大腸桿菌等病原微生物兼有優(yōu)良的滅/抑菌作用。研究結(jié)果以“Multifunctional porous β-cyclodextrin polymer for water purification”為題在Water Research（2022, 222: 118917）上發(fā)表。

β-環(huán)糊精無(wú)毒、可生物降解、廉價(jià)且易得，能夠通過(guò)主-客體相互作用封裝有機(jī)污染物。該論文在前期研究工作基礎(chǔ)上，以環(huán)糊精為功能單體，在離子液體綠色溶劑體系中合成制備出季銨化環(huán)糊精基樹(shù)脂，該樹(shù)脂材料為多級(jí)孔結(jié)構(gòu)，微孔、介孔和微米級(jí)大孔共存，比表面積高達(dá)1133 m2/g；平均孔徑2.93 nm。由于具有季銨鹽官能團(tuán)，材料表面帶有大量正電荷，對(duì)帶負(fù)電荷物質(zhì)有高效吸附作用，同時(shí)對(duì)微生物有很好的滅菌效果。研究表明，研發(fā)的季銨化環(huán)糊精基樹(shù)脂對(duì)雙酚A (BPA)和腐殖酸(HA)的吸附速率快且吸附容量大，其吸附動(dòng)力學(xué)速率是商品活性炭的50倍以上，平衡吸附容量高出2倍；而且吸附過(guò)程受水化學(xué)條件影響較小，材料的吸附再生性能良好。在1 g/L投加量下，季銨化環(huán)糊精基樹(shù)脂在1 h內(nèi)對(duì)大腸桿菌的殺菌率達(dá)到90%以上。此外，該材料對(duì)水體COD和總磷（TP）也具有顯著的削減去除效果（去除率達(dá)90%以上）。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043135422008648

團(tuán)隊(duì)研究磁性季銨化環(huán)糊精基樹(shù)脂與氯消毒工藝耦合的協(xié)同消毒效果及其對(duì)消毒副產(chǎn)物削減作用。污水消毒對(duì)保障水質(zhì)安全至關(guān)重要。傳統(tǒng)的氯消毒工藝因其簡(jiǎn)單、高效而被廣泛使用。但是，氯消毒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量有毒有害的消毒副產(chǎn)物（DBPs），對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)健康造成嚴(yán)重威脅。為此，課題組研究團(tuán)隊(duì)研制了磁性季銨化環(huán)糊精基樹(shù)脂材料，與氯消毒工藝進(jìn)行耦合，研究耦合工藝的協(xié)同消毒效果及其對(duì)消毒副產(chǎn)物削減作用，研究結(jié)果以“Synergistic disinfection effects and reduction of disinfection by-products in water treatment using magnetic quaternized cyclodextrin polymer combined with chorine disinfection process”為題在Water Research（2024, 250:121078）上發(fā)表。

該論文研究在離子液體體系中制備了磁性季銨化環(huán)糊精基樹(shù)脂（PMCD），材料具有微孔、介孔和大孔構(gòu)成的多孔結(jié)構(gòu)，比表面積為825 m2/g，平均孔徑為5.80 nm；FTIR、Zeta電位分析表明季銨鹽成功接枝到環(huán)糊精上，PMCD表面帶正電，XRD和VSM表征證明了聚合物中Fe3O4的存在，PMCD具有超順磁性，飽和磁化強(qiáng)度為14.87 emu·g-1，可以輕易用磁鐵分離，浸出實(shí)驗(yàn)表明PMCD在水中具有良好的穩(wěn)定性，能有效避免對(duì)水體的二次污染。PMCD對(duì)水體中Cl-、SO42-和UV254去除率分別為53%、71%和97%，對(duì)水體中可培養(yǎng)細(xì)菌總量消減達(dá)到85%以上。PMCD與氯消毒工藝耦合可以很大程度地減少消毒劑用量。而且，PMCD的多孔結(jié)構(gòu)可以吸附水體中的有機(jī)消毒副產(chǎn)物和腐殖酸類(lèi)消毒副產(chǎn)物前驅(qū)體，降低水體中消毒副產(chǎn)物濃度。PMCD與氯消毒工藝耦合可以很大程度地減少消毒副產(chǎn)物生成勢(shì)，對(duì)消毒副產(chǎn)物消減作用顯著，對(duì)水中三鹵甲烷總量削減率達(dá)23-78%，對(duì)總鹵乙酸削減率達(dá)34%，其中對(duì)鹵乙酸中三氯乙酸TCAA生成勢(shì)的消減程度最為顯著。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S004313542301518X

編    輯：涂金鳳

責(zé)任編輯：許  航