“纳米材料的选择性吸附环境污染物机理及水相分离功能调控”获国家自然科学二等奖

1月8日上午，2018年度国家科技奖励大会在人民大会堂隆重举行。中国科学院生态环境研究中心刘景富研究员主持的“纳米材料的选择性吸附环境污染物机理及水相分离功能调控”项目荣获国家自然科学二等奖。项目的主要完成人有中国科学院生态环境研究中心刘景富研究员、蔡亚岐研究员、刘倩研究员、赵宗山研究员、江桂斌院士。

该项目属于环境科学与技术领域。水环境中的持久性有毒污染物严重危害生态环境与人体健康，高效分离富集和去除这些微量污染物的方法是研究其环境行为与效应并发展污染防治技术的重要基础，也是我国环境与人体健康保护的重大需求。纳米材料在水中污染物的高效吸附去除等方面具有巨大的潜力，选择性吸附目标污染物和水相分离功能是决定纳米材料吸附去除水中污染物性能的关键因子。该项目以纳米材料的选择性吸附污染物原理和水相分离功能调控等前沿科学问题为核心，系统研究了纳米材料吸附污染物的分子作用机制与调控以及纳米材料的水相分离富集和回收等关键难题，取得了以下重要发现：

1.揭示了纳米材料对不同类型污染物的选择性吸附原理。构建了具有不同表面电荷、络合能力和疏水性等表面特性的纳米吸附剂，发现这些吸附剂的表面结构和官能团性质决定了其对不同金属离子和不同类型有机污染物的吸附性能，揭示了纳米材料对污染物的选择性吸附作用机制，为设计制备选择性吸附目标污染物的纳米材料提供了理论依据。

2.阐明了磁性纳米材料的水相分离性能及选择性吸附功能的调控机制，构建了兼具选择性吸附和水相分离功能的系列磁性纳米材料。发现Fe3O4纳米材料可在重复使用中保持优异的选择性吸附和磁性分离功能;通过改性或表面修饰增加磁性纳米材料选择性吸附目标物的表面官能团，可显著提高其选择性吸附目标污染物的能力，消除水环境中大量共存物质的干扰。构建了选择性吸附去除砷、氟、全氟化合物、烷基酚类内分泌干扰物等典型污染物的系列磁性纳米材料，突破了纳米材料高效选择性吸附水环境中微量污染物和水相分离的难题。

3.发现了基于浊点萃取调控纳米材料水相分离功能的新原理，创建了基于该原理分离回收纳米材料的新方法。发现了利用浊点萃取调控纳米材料水相分离功能的新途径，并揭示了其通过形成非离子表面活性剂-纳米材料胶团复合结构而实现水相分离的作用原理。基于该原理创建的萃取痕量纳米材料的新方法，可富集不同粒径、化学组成和表面修饰的纳米材料并保持其原有形貌和尺寸特征，为纳米材料的分离回收及环境行为与效应研究提供了关键技术。

研究成果发表在 Environ. Sci. Technol. 等本领域著名 SCI 期刊，得到国际同行广泛引用，丰富了纳米材料功能化修饰和水相分离调控理论，在国际上引领了磁性纳米材料选择性吸附污染物及纳米材料浊点萃取分离等研究方向，创建的纳米材料浊点萃取分离富集方法在国内外得到广泛应用并取得重要学术成果，推动了环境科学与技术等基础学科的发展。8篇代表性论文被 SCI 他引1552次，其中4篇的单篇 SCI 他引超过200次(单篇最高 SCI 他引428次)，6篇入选 ESI 高被引论文，1篇获 J. Chromatogr. A 高引用论文奖。项目获授权发明专利3件。项目完成人获得全国百篇优秀博士学位论文(3人)、国家杰出青年科学基金(2人)、国家优秀青年科学基金(1人)，受聘 Environ. Sci. Technol. ， Nanolmpact 等4个 SCI 期刊主编和副主编，入选 Elsevier 高引用论文作者榜单(2人)。