我院谢显传教授团队在环境领域著名学术刊物Water Research发表系列研究论文

近日，我院谢显传教授团队在环境领域著名学术刊物Water Research上发表了系列论文（2024, 250:121078; 2023, 245:120546;2022, 222: 118917），刊发了团队最新研究进展。

团队研发自下而上的流域尺度磷物质流模型，分析1950-2020年鄱阳湖流域中磷元素的物质流动特征。随着全球社会经济持续快速发展，每个国家和地区对磷资源需求都显著增加。社会系统中磷的过度开发和低效利用，不仅严重消耗全球有限磷矿资源，还造成全球性水体富营养化问题。了解大型流域内磷（P）的物质流动循环及其代谢过程对于全球磷资源的可持续利用和控制水体富营养化至关重要。为此，课题组研究团队研发了自下而上的流域尺度磷物质流模型，分析1950-2020年鄱阳湖流域中磷元素的物质流动特征。研究结果以“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”为题在Water Research（2023, 245:120546）上发表。

该论文采用了流域视角，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年鄱阳湖流域中磷元素的物质流动特征，探讨了影响其强度的驱动因素。总的来说，在1950年-2020年鄱阳湖流域中磷的物质流动循环不再是一个自然主导的循环，而是受到人类活动的显著影响。人口增长和农业发展是研究区域磷流动结构变化的重要驱动因素，它们导致了社会条件的变化，包括农业生产、饮食结构和消费水平，进一步主导了磷的使用、排放和回收的循环模式。本研究提供了一个广泛适用大型流域中磷元素的物质流分析模型，研究了鄱阳湖流域中磷的多年物质流动循环及代谢特征，为快速发展地区或国家大型湖泊的磷资源可持续管理提供了方法支持和政策见解。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043135423009867

团队研发多功能多孔β-环糊精聚合物用于水质净化。水环境中的多种污染物对人类健康和生态安全构成严重威胁。其中，内分泌干扰物、持久性有机污染物（POPs）、抗性素等有毒有机新污染物给水环境和人类健康带来风险，受到人们普遍关注。同时，水体中的天然有机物（NOM）不仅造成水体色嗅味感官指标的恶化，还是消毒副产物的前驱体，也影响其他有机和无机污染物的去除，给水处理带来严峻挑战。此外，水体中的病原微生物是水传播疾病爆发的主要原因，也是水处理工艺重点控制目标物。目前，污水处理厂对有机污染物和微生物的去除往往需要两个或多个工艺的耦合，工序繁琐，增加了工程建设投资和运营成本。所以，迫切需要开发一种简单的净化材料及水处理工艺，以实现对水体中微污染物、天然有机物和病原微生物的同时去除。课题组研究团队研制了季铵化环糊精基树脂新材料，可高效吸附去除水体中常见的双酚A (BPA)等有毒有机污染物和腐殖酸(HA)等天然溶解性有机物，对水中大肠杆菌等病原微生物兼有优良的灭/抑菌作用。研究结果以“Multifunctional porous β-cyclodextrin polymer for water purification”为题在Water Research（2022, 222: 118917）上发表。

β-环糊精无毒、可生物降解、廉价且易得，能够通过主-客体相互作用封装有机污染物。该论文在前期研究工作基础上，以环糊精为功能单体，在离子液体绿色溶剂体系中合成制备出季铵化环糊精基树脂，该树脂材料为多级孔结构，微孔、介孔和微米级大孔共存，比表面积高达1133 m2/g；平均孔径2.93 nm。由于具有季铵盐官能团，材料表面带有大量正电荷，对带负电荷物质有高效吸附作用，同时对微生物有很好的灭菌效果。研究表明，研发的季铵化环糊精基树脂对双酚A (BPA)和腐殖酸(HA)的吸附速率快且吸附容量大，其吸附动力学速率是商品活性炭的50倍以上，平衡吸附容量高出2倍；而且吸附过程受水化学条件影响较小，材料的吸附再生性能良好。在1 g/L投加量下，季铵化环糊精基树脂在1 h内对大肠杆菌的杀菌率达到90%以上。此外，该材料对水体COD和总磷（TP）也具有显著的削减去除效果（去除率达90%以上）。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043135422008648

团队研究磁性季铵化环糊精基树脂与氯消毒工艺耦合的协同消毒效果及其对消毒副产物削减作用。污水消毒对保障水质安全至关重要。传统的氯消毒工艺因其简单、高效而被广泛使用。但是，氯消毒过程中会产生大量有毒有害的消毒副产物（DBPs），对生态环境和人类健康造成严重威胁。为此，课题组研究团队研制了磁性季铵化环糊精基树脂材料，与氯消毒工艺进行耦合，研究耦合工艺的协同消毒效果及其对消毒副产物削减作用，研究结果以“Synergistic disinfection effects and reduction of disinfection by-products in water treatment using magnetic quaternized cyclodextrin polymer combined with chorine disinfection process”为题在Water Research（2024, 250:121078）上发表。

该论文研究在离子液体体系中制备了磁性季铵化环糊精基树脂（PMCD），材料具有微孔、介孔和大孔构成的多孔结构，比表面积为825 m2/g，平均孔径为5.80 nm；FTIR、Zeta电位分析表明季铵盐成功接枝到环糊精上，PMCD表面带正电，XRD和VSM表征证明了聚合物中Fe3O4的存在，PMCD具有超顺磁性，饱和磁化强度为14.87 emu·g-1，可以轻易用磁铁分离，浸出实验表明PMCD在水中具有良好的稳定性，能有效避免对水体的二次污染。PMCD对水体中Cl-、SO42-和UV254去除率分别为53%、71%和97%，对水体中可培养细菌总量消减达到85%以上。PMCD与氯消毒工艺耦合可以很大程度地减少消毒剂用量。而且，PMCD的多孔结构可以吸附水体中的有机消毒副产物和腐殖酸类消毒副产物前驱体，降低水体中消毒副产物浓度。PMCD与氯消毒工艺耦合可以很大程度地减少消毒副产物生成势，对消毒副产物消减作用显著，对水中三卤甲烷总量削减率达23-78%，对总卤乙酸削减率达34%，其中对卤乙酸中三氯乙酸TCAA生成势的消减程度最为显著。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S004313542301518X