纳米材料与纳米技术在水污染物检测与治理中的应用基础研究.docx

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1、工程名称： 纳米材料与纳米技术在水污染物检测与治理中的应用根底争辩首席科学家：起止年限： 依托部门：逯乐慧 中国科学院长春应用化学争辩所2023 年 1 月-2023 年 8 月中国科学院一、争辩内容本工程的主要争辩内容包括：1. 纳米材料的设计及制备(1) 针对特定水污染物检测设计相应纳米构造材料从水中污染物检测的特别需求动身考虑材料设计1） 针对低浓度重金属污染物，设计半导体纳米线、金属纳米簇、金属纳米粒子、半导体、氧化物纳米粒子以及它们的复合纳米材料；基于DNA或有机配体与特定金属污染物的相互作用特点，设计无机/有机杂化纳米材料。依据在痕量重金属污染物存在下，纳米体系的颜色、光谱强度(如

2、荧光、紫外、拉曼等)、电化学信号等变化实现重金属污染物检测的目的；结合磁性纳米粒子的富集作用实现痕量污染物的超灵敏检测。2） 针对水中其它无机和低浓度有机污染物，结合外表增加拉曼光谱、荧光光谱、紫外吸取等谱学与电化学等手段，设计金属纳米材料及发光纳米材料等。依据在痕量有机污染物存在下，纳米体系颜色、拉曼光谱峰位及强度、荧光和紫外吸取光谱强度、电化学信号等变化检测低浓度有机污染物。3） 针对水体中有机污染物总量的测定，扩展颖光催化材料TiO2的制备方法，进展复合的纳米材料用于BOD、COD、DO (三氧)的检测。4） 针对不同的污染物/纳米材料体系，同时开展理论计算争辩。如利用量子化学方法模拟纳

3、米材料与污染物作用后复合体系的电子构造，同时结合非平衡格林函数方法计算体系的电子输运特性，从而设计出牢靠的检测方案。力求在具体模拟争辩过程中不断积存，从而优化出具有本课题科研特色的算法、程序的专用模拟软件包。在拥有自主学问产权的专用算法程序包后，不但可以逐步摆脱专用模拟软件长期依靠进口的现状，而且应科研实际需要，可以不断扩大先进的算法和颖的模拟功能。从水中污染物治理的特别需求动身考虑材料设计1） 高吸附容量高选择性的纳米吸附剂A. 针对水中低浓度的砷、氟以及重金属等污染物，制备铁基多孔纳米磁性材料，依据微观界面争辩，对其外表进展功能化修饰，实现对砷、氟、重金属高容量选择性吸附，建立高容量、高选

4、择性吸附剂外表构造调控方法，进展吸附除砷、除氟、及除重金属技术。B. 针对难降解、低浓度疏水性的长久性有机污染物，研制以纳米孔材料为主体的外表功能化的高选择性高容量的吸附剂。争辩外表官能团化学特性与有机污染物的关系，提醒吸附选择和增容的原理，进展高效吸附去除难降解、低浓度疏水性的长久性有机污染物的技术。2)高效纳米催化剂 A从增加催化剂的有效接触面积和催化活性点考虑，设计高度有序的大孔复合金属、金属氧化物和半导体纳米构造薄膜，通过调整试验条件实现不同组成和孔构造(如大孔/中孔、大孔/介孔)的优化组合，从而大幅度提高污染物的降解性能。B设计有序的金属、氧化物及半导体纳米线和纳米管阵列，通过在其外

5、表修饰不同纳米材料实现污染物的高效催化降解。C设计以有序微孔构造为根底的复合材料，使之具备很强的吸附功能，再将催化剂粒子均匀分散到微孔构造中，使催化反响能够在被吸附物富集的区域发生。组成复合薄膜的纳米粒子可以是金属、半导体、绝缘体、有机高分子等材料， 而复合薄膜的基体材料可以是不同于纳米粒子的任何材料。(2) 依据设计思想制备特定纳米材料1） 纳米材料制备方法的多元化纳米材料具有小尺寸效应、外表效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应， 使得不同尺寸、外形、组成的纳米粒子具有不同的电化学活性、催化活性、光电等性质。因此，进展型纳米分析材料的设计和合成方法，实现纳米材料尺寸、外形、组成可控格外重要。

6、针对不同的争辩对象，承受水热合成、溶剂热合成、模板法、微胶束法、热分解法、自组装法、湿化学、超声、微波、气相沉积法、电化学等方法，制备出高质量单分散性好的纳米材料，所得到的纳米材料应具有高的反响活性，较广泛的溶解性和较好的稳定性，便于进展化学修饰和功能化， 以适应在环境保护中的应用。2） 纳米材料的多元化污染水体中含有各种低浓度、高毒性、难降解的污染物质，不同污染物性质差异大，因此，它们的特异性检测和选择性去除要求纳米材料制备的多元化。本工程拟开展多种纳米材料的制备争辩，包括金属，量子点，氧化物、无机 /有机杂化材料，纳米簇，硅基纳米材料、碳基纳米材料、磁性纳米材料、多功能复合纳米材料等，并将

7、其用于不同的分析对象和检测方法。 3纳米材料制备的可控化深入争辩纳米材料形成机理，优化把握合成方法并总结规律，开拓和进展拥有自主学问产权的用于典型水污染物检测和治理的型纳米材料制备技术，建立对该体系构造参数可调控的原理，方法。4纳米材料制备的环境友好化以绿色合成和加工技术为导向，进展环境友好的纳米材料制备技术是本工程的一个根本考虑，进展制备方法和过程的环境友好化，避开在环保应用中产生二次污染。2. 用于水中低浓度、高毒性、难降解污染物检测纳米传感体系争辩检测方法和理念是直接关系到灵敏度、选择性、便利性的一个打算因素。检测方法又与纳米功能材料的性能严密关联。的检测体系与的功能纳米材料的建立将是一

8、个相互贯穿的过程。(1)利用纳米材料与技术构筑型纳米传感体系1） 基于电化学技术的纳米传感体系通过设计合成颖、环保、对某种有害物质具有信号增加的功能化纳米材料载体，结合电化学方法检测手段的优点，利用化学修饰电极的技巧，构筑灵敏的传感界面来实现实际简单样品中有害物质的无干扰，灵敏检测。通过进展纳米修饰电极，提高一些重金属离子检测灵敏度，进展多通道3种以上金属离子同时检测的方法。2） 基于生物分子识别机理的纳米传感体系在纳米材料上修饰一些特别的生物识别分子，如酶、抗体、寡聚核苷酸等， 利用分子间特别的生物识别作用来实现有害物质的检测。优化特定污染物分子的检测条件来实现污染源的高灵敏，高选择性检测，

9、争辩在生物芯片上对单个样品中多种有机污染物的同时检测，以及多个样品的高通量分析。 3基于外表增加光谱机理的纳米传感体系利用金属纳米构造的外表等离子体共振产生的巨大的外表增加效应来探测吸附分子的光谱，主要包括外表增加拉曼光谱和外表增加荧光光谱。构建假设干种水体中污染物拉曼光谱数据库，探究利用拉曼光谱指纹效应，不经分别直接从水中检测多种特定污染物的可能性。争辩基于外表增加光谱机理的纳米传感器在宏观性能与微观构造及物理化学过程的关系，探讨影响传感器各种可能因素对检测性能的影响，设计和开发基于硅材料和有序可控金属构造的型的纳米传感器。要求该传感器在应用于检测和表征简单水体污染物化学分子的构造、功能和性

10、质时，不仅在分析的力量上具有高度灵敏度、高度选择性和高的空间区分率，而且在使用和操作上能快速和简便实施4基于金纳米粒子聚拢机理的纳米传感体系探究利用金纳米粒子聚拢所引起的颜色和光学性质变化检测痕量重金属和有机污染物的方法，争辩有机配体分子(包括DNA)与特定污染物分子之间的相互作用规律，从理论上对痕量污染物存在下有机配体分子修饰的金纳米粒子聚拢机理进展诠释，并在此根底上设计和开发简便有用的水中典型污染物检测试纸。5基于型纳米材料的COD、BOD、DO三氧纳米传感体系制备性能稳定、重现的微纳米阵列电极，争辩其性质，并对其进展适当地修饰提高其灵敏度等，争辩反响机理；微生物的选择及优化；建立基于微生

11、物和纳米材料修饰的微、纳米电极阵列为根底的流淌毒性检测体系，用于试验室内单一种类毒物(重金属、有机化合物、农药)的毒性测试；具有良好的生物相容性的纳米材料修饰基底的制备，现场培育微生物膜构建微生物反响器；选择适当的人工媒介体为电子传递体，实现水中污染物被微生物完全降解；承受适当的方法对TiO2纳米材料掺杂以提高其光电催化活性和稳定性等，争辩光生空穴与羟基自由基在氧化有机物时的作用等，并阐述其反响机理；争辩微、纳米电极阵列及其修饰电极上的氧复原机理等。为水体中有机污染物总量的测定供给一种全的理念和思路。3. 基于原理、方法的纳米传感器及微小型化器件争辩上述体系纳米传感机制并总结规律，在此根底上构

12、建基于原理、方法的纳米传感器，探究纳米尺度上不同污染物检测体系在小型化器件上的有机集成和优化，以期进展高周密、高灵敏、在线、多通道、抗干扰力量强、廉价的小型化器件，将检测与样品前处理、数据分析等其它功能一体化，集成为一个智能化的全分析系统。4. 纳米材料的水固界面反响过程机制与把握原理(1) 原位表征争辩纳米材料微界面反响过程与机制承受激光拉曼、全衰减红外、电化学等原位表征方法，争辩纳米材料在吸附、催化反响过程中，界面所发生的构造、电子转移、活性中心以及四周配位环境的微观变化， 提醒纳米吸附剂的吸附机理、纳米催化剂的催化氧化机制，构建纳米材料外表性能与吸附或催化活性的关系，为高效纳米材料的制备

13、供给依据。(2) 污染物在固液微界面处吸附解吸原理在不同的水质特征条件下，争辩纳米吸附剂对目标污染物吸附解吸机理，进一步对吸附剂进展定向修饰，提高吸附剂对目标物的吸附力量和选择性。进而优化吸附反响工艺，进展高效吸附水处理技术。(3) 污染物的水固微界面催化氧化反响过程机制与把握原理1) 强化产生氢基自由基的非均相催化臭氧化技术原理A. 研制用于非均相臭氧催化氧化的纳米复合金属氧化物催化剂，强化调控纳米催化微外表物理、化学性能。通过外表 lewise酸位等表外表活性位的增加以及外表不同氧化复原对的构筑，加强催化剂与臭氧的相互作用以及电 子的界面迁移，提高高效的催化活性。建立催化外表微观构造特性与

14、催化活 性的关系，确定高效臭氧化催化剂催化机理。B. 强化催化剂的固定化和稳定化，并进展催化氧化工艺条件的优化，形成高效、稳定的非均相臭氧催化氧化技术体系；2) 强化产生氢基自由基的非均相催化过氧化氢氧化技术原理A. 争辩用于非均相过氧化氢催化氧化的纳米复合金属氧化物催化剂，通过外表官能团的修饰， 加强芬顿试剂 Fe2+/Fe3+或类芬顿试剂的的循环， 提高催化氧化反响速度，提醒加强界面电子转移的规律，建立催化外表微观构造特性与催化活性的关系。B. 进展适配反响器的开发，并进展催化氧化工艺条件的优化， 形成高效、稳定的非均相过氧化氢催化氧化技术体系；3) 非均相臭氧/过氧化氢协同催化氧化技术原

15、理争辩一种可同时催化臭氧化和过氧化氢氧化的复合纳米金属催化剂，构建强化产生羟基自由基的非均相协同反响体系，提醒协同催化氧化有机物原理。研制协同催化反响器，确定两种氧化剂在不同水质和深度处理条件下的质量配比关系，建立一体化协同深度氧化工艺。4) 有机污染物在催化剂固液微界面催化氧化过程转移转化机制利用全衰减红外、顺磁、核磁共振和激光拉曼等原位表征方法，争辩有机污染物在多相催化高级氧化过程中，转移转化规律，优化调控固液微界反响条件，实现污染物定向无害化转移，进展无二次污染的高级氧化深度处理技术。5. 吸附催化氧化技术集成与优化原理对上述的高效纳米吸附技术和多相纳米催化高级氧化技术进展技术集成和系统

16、优化，形成针对目标污染物去除的饮用水型深度处理技术体系；针对不同的原水水质特点，建立以纳米吸附为核心的二次污染阻断饮用水深度处理系统； 在根底上，完成集成技术系统设计， 进展现场中试验证争辩， 进一步确认关键技术的效果、工艺匹配性，并进展工艺参数的优化，充分发挥纳米吸附和纳米催化的深度净化技术的效能。6. 大面积改善自然水体与底质环境的氧气纳米气泡技术原理1） 争辩产生固、液、气界面上氧气纳米气泡的技术原理（1） 在纳米尺度上的固、液、气界面上制备氧气纳米气泡，从而获得氧气纳米流体是争辩该技术原理的关键。争辩不同条件下，运用物理和化学等方法立足于超声波的手段制备氧气纳米气泡的不同工艺条件的优化

17、并形成牢靠稳定的技术体系。（2） 建立检测氧气纳米气泡的原理和方法的体系。争辩基于小扣式和接触式扫描探针技术和同步辐射相位衬度显微成像技术等，通过醇水替换等技术手段在导电的完善晶体外表探讨三相界面上氧气纳米气泡的成核、生长、移动和变化的特征和规律。从而形成具有高度灵敏度、高度选择性和高的图像区分率的， 而且在使用和操作上快速和简便实施的的技术体系。2） 争辩提高氧气纳米气泡在固、液、气三相界面上的稳定性的技术原理立足于三相界面，通过运用亚稳平衡态理论，基于傅立叶红外、扫描探针显微、原子力显微境、同步辐射相位衬度显微成像技术、和热脱附试验等手段，争辩液体的粘度、气泡的外表张力、纳米流体的系统温度

18、、和纳米气泡的质量移动速率与纳米气泡的稳定性之间关系的原理和机制。在此根底上要构建氧气纳米气泡的物理性和化学性吸附的规律和机制。3） 纳米气泡治理大面积水体污染的应用可行性争辩在制备良好稳定性的氧气纳米气泡的前提下，针对大面积污染的水体环境， 通过争辩水体透亮度、水体污染物含量、水体和底质环境状态等方面的变化规律， 探讨高效、稳定、和生态安全的三相界面的氧气纳米气泡治理大面积水体污染的技术原理。二、预期目标总体目标从保护我国水资源的重大国家需求，和纳米科学与环境科学融合进展中的关键科学问题动身，探究纳米材料与技术在水中污染物(特别是低浓度、高毒性和难降解污染物)治理的原理和方法；进展高效、快速

19、、在线、智能型检测表征系统；开发用于水污染物检测和治理的型纳米材料和微小型器件，提醒纳米材料在水污染物检测和治理中的过程机制、构效关系和调控机制；促进用于水污染物检测和治理的绿色纳米技术的进展，提高纳米技术应用的有效性和环境友好性；实现高效、低本钱、生态安全和长效的水污染纳米治理技术原理。为提高我国水污染物检测和治理的技术水平和纳米环保相关产业开发的国际竞争力做出奉献；获得有重大国际影响的创成果；为国家建立我国水污染问题解决方案供给牢靠的科学依据；以本工程的实施为契机，促进纳米科学与环境、材料、化学、生物、物理、信息学等多学科的穿插融合，培育一批能够进展原创性争辩的穿插学科人才。五年预期目标1

20、. 探究针对典型水污染物检测和治理的纳米材料体系绿色制备和合成方 法，深入争辩纳米材料形成机理，优化把握合成方法并总结规律，开拓和进展拥有自主学问产权的用于典型水污染物检测和治理的安全绿色的型纳米材料制备技术，建立对该体系性能可调控的原理，方法；2. 以觉察材料在水污染物检测和治理中的优异性能为导向，提醒纳米材料的微观构造与性能之间的关系，实现纳米材料功能设计可调；3. 针对水中低浓度、高毒性、难降解污染物，说明纳米材料在这类污染物检测和治理过程中的根本规律和优异性能，进展具有我国自主学问产权的低浓度、高毒性、难降解污染物无二次污染治理方法、和安全绿色技术；4. 进展满足国家污水排放和饮用水卫

21、生标准的重金属快速、高选择性、在线、多通道检测技术，研制出纳米尺度上集成不同污染物检测体系的微小型化器件；5. 建立氧气纳米气泡的检测方法，说明氧气纳米气泡的产生气制和条件；提醒提高纳米气泡在三相体系中的稳定性规律；6. 实现纳米气泡在大面积水治理和长期生态修复自然水污染方面的应用。提醒氧气纳米气泡大面积治理污染水体和恢复生态的机制和原理；7. 估量发表高质量 SCI 收录论文 100 篇以上，申请相关制造专利 15 项以上；8. 培育和造就一批高层次的争辩人才，形成几个在相关领域有国际影响的高水平争辩群体；培育博士生 20 名，硕士生 25 名，博士后 4 名。争取培育 1-2 名全国优秀博

22、士论文获得者；9. 促进我国环境、材料、化学、生物、物理、信息学等学科与纳米科学的穿插融合，在穿插前沿根底争辩方面做出独创性成果。三、争辩方案学术思路我国在纳米环境领域的争辩已经有肯定根底，但争辩力气较为分散、很多自主开展的争辩与国际进展趋势，和国家纳米科技的进展战略脱节。急需在国家需求和国际前沿的高度开展有重大意义的高起点、高水平的系统深入的争辩。本申请工程以解决我国自然水体和饮用水中低浓度、高毒性、难降解污染物的检测与治理所面临的问题为目标，以纳米科学的前沿争辩成果为根底，集中国内纳米、环境、化学、物理等优势力气，开展学科穿插争辩。总体而言，本工程将以针对我国典型水污染物检测和治理的纳米材

23、料设计与构建动身，说明纳米材料的构造参数与制备条件之间的内在联系，实现纳米材料的绿色可把握备；分析不同类型纳米材料组成、外形、尺寸、孔径、外表修饰、纳米特性与其在水污染物传感和去除方面性能的相关性，查找其内在规律性，构建半阅历模型，再通过前面课题的试验来验证，分析推测各种纳米材料对特定水污染物检测和去除性 能；从分子水平上深入理解纳米传感机制及纳米催化、吸附等材料的界面反响机理，实现纳米传感器和纳米净化剂功能设计和调控；在应用争辩方面，探究纳米尺度上不同污染物检测体系在微小型化器件上有机集成和优化方案。立足于解决我国自然水体大面积富养分化和底质环境严峻恶化的问题，以及抑制现有纳米技术处理水体污

24、染的高本钱和安全隐患的缺乏，以纳米气泡科学的这一前沿争辩成果为根底，集中国内纳米、环境、化学、物理等优势力气，开展学科穿插争辩。具体而言，本课题针对我国大面积水体水质和底质恶化问题，争辩氧气纳米气泡的产生气制，说明其在三相体系中的行为特征，深入了解三相体系界面行为和规律，在此根底上，开发和制备稳定的氧气纳米气泡材料，争辩和分析其在大面积治理污染水体中的可行性和作用机制，最终实现大面积改善水质、底质环境和恢复生态。技术途径依据上述学术思路，依据以下技术途径开展本工程的争辩(图 1)： 1针对水中特定污染物的特性，结合前期的工作根底，设计、构建与制备多种型功能化纳米材料，并选择性设计合成多种功能化

25、有机分子对纳米材料的外表进展改性；2） 争辩它们在特定水污染物检测和去除方面的性能，在此根底上筛选可以满足水中低浓度、高毒性、难降解污染物快速、高灵敏、特异性检测或高效、无二次污染去除应用需求的纳米材料，总结和完善纳米尺度、组成、孔径、外表修饰基团等影响因素的调控规律，为争辩纳米材料的特定污染物传感机制和去除机制供给机理上的依据；3） 在充分表征选定纳米材料构造的根底上，说明纳米材料的构造参数与制备条件之间的内在联系，总结阅历规律并提出理论模型，实现纳米材料的绿色可把握备；4） 在分子水平上提醒纳米材料的特定水污染物传感和去除机制，在此根底上指导纳米材料的合成与外表修饰；5） 纳米尺度上将不同

26、污染物检测体系在微小型器件上有机集成和优化，实现污染物检测的简便、在线、多通道和智能化，争取实现将检测与样品前处理、数据分析等其它功能一体化，集成为一个智能化的全分析系统；6） 考察制备的微小型器件和纳米材料的在实际水质中典型污染物的检测 (或去除)效果和抗干扰力量，提醒纳米材料与技术在典型水污染物检测与去除应用中的优异性能；7） 依据制备的微小型器件和纳米材料的在实际水质中典型污染物的检测与去除效果，进一步调整完善选定纳米材料的构造参数和外表修饰的功能化基团构造，争取实现微小型器件和纳米材料性能最优化。8） 立足于超声波等手段，运用物理或化学方法制备氧气纳米气泡，并探讨纳米气泡的形成过程和机

27、制；利用小扣式和接触式扫描探针技术和同步辐射相位衬度显微成像技术等，通过醇水替换等技术手段在导电的完善晶体外表探讨三相界面上氧气纳米气泡的成核、生长、移动和变化的特征和规律，从而形成具有高度灵敏度、高度选择性和高的图像区分率的检测方法。9） 立足于三相界面，运用MEA 界面理论，基于 XAFTS、傅立叶红外、扫描探针显微、原子力显微境、同步辐射相位衬度显微成像技术、和热脱附试验等手段，争辩液体的粘度、气泡的外表张力、纳米流体的系统温度、和纳米气泡的质量移动速率与纳米气泡的稳定性之间关系的原理和机制，在此根底上要构建氧气纳米气泡的物理性和化学性吸附的规律和机制。10） 在制备良好稳定性的氧气纳米

28、气泡的前提下，针对大面积污染的水体环境， 通过争辩水体透亮度、水体污染物含量、水体和底质环境状态等方面的变化规律，探讨高效、稳定、和生态安全的三相界面的氧气纳米气泡治理大面积水体污染的技术原理。图 1. 总体争辩方案创点1. 根底科学创：(1) 在分子水平上提醒纳米传感和净化机制，在纳米尺度水平上总结共性规律并集成微小型化器件，这是我们自己提出的创性技术路线；(2) 分析不同类型纳米材料组成、外形、尺寸、孔径、外表修饰、纳米特性与其在水污染物传感和去除方面性能的相关性，查找其内在规律性，构建半阅历模型；(3) 说明纳米材料的构造参数与制备条件之间的内在联系，总结阅历规律并提出理论模型，实现纳米

29、材料的绿色可把握备；(4) 说明功能化纳米材料典型水污染物传感和去除机制，首次说明它们与纳米特性的相关性；(5) 提醒纳米材料在微小型化器件上集成后的变化规律；(6) 从分子水平角度提醒氧气纳米气泡的形成机制，并了解氧气纳米气泡的三相界面中的分子行为特征。2. 方法学上创：在方法学层面，进展针对我国典型水污染物检测或治理纳米材料的绿色合成和性能调控方法、外表原位分析方法、环境纳米材料与微小型纳米传感器件的设计技术；应用扫描探针显微和同步辐射相位衬度显微成像技术来检测氧气纳米气泡，能得到高选择性和高区分率的图像；运用MEA 界面理论、XAFTS、傅立叶红外、和热脱附试验等手段争辩三相界面中氧气纳

30、米气泡的分子行为机制；这些至关重要，但在国际国内都还是刚消灭苗头。3. 应用上创：建立针对我国典型水污染物型快速检测方法，进展基于纳米材料与技术的型无二次污染净化材料和微小型纳米传感器。将氧气纳米气泡应用于大面积水体污染和底质污染的治理，形成稳定的氧气纳米气泡治理水体和底质污染的原理。特色1. 最技术与我国消灭的大面积的典型水污染问题直接结合： 本工程针对我国典型水污染问题，利用纳米科学领域的最争辩进展和成果开展争辩，将加深对纳米科学内涵的全面生疏，促进用于水污染物检测、治理及生态修复的纳米材料与纳米技术原理、规律和方法在更深层面上进展争辩，从而取得有国际影响的重大突破。2. 在考虑纳米材料的

31、环保应用，工程设计了兼顾环境安全和可持续利用，削减次级污染的策略： 本工程从进展水资源保护材料与技术的国家重大需求动身，选择我国自然水体和饮用中低浓度、高毒性、难降解的典型水污染物为主要争辩对象，提醒纳米材料与技术在这类水污染物检测、治理和生态修复应用中的优异性，抢先进展自主创的纳米传感器、水污染物治理及生态修复技术，提升我国在次领域的国家竞争力。同时，充分考虑争辩纳米材料的绿色合成、回收和再生利用，以降低纳米材料进入生态系统的风险。3. 多学科穿插融合： 争辩打算充分表达学科穿插，本工程融合了具有纳米、材料、环境、生物、化学、物理等学科背景和根底的优秀人才，通过优势互补，多角度开展有层次的系

32、统性争辩，有利于取得原始创性成果。可行性分析(1) 科学目标明确，争辩内容具体： 工程的争辩内容是经过纳米、化学、物理、环境、材料等领域的主要担当单位的共同调研，始终跟踪分析国际纳米环境核心领域的进展态势，依据前期争辩积存所觉察的重要共性问题，结合我国的实际状况，不断凝炼出来的，有明确的科学目标和具体的争辩内容，同时富含了我们自己的原创性争辩思想。(2) 具备充分的试验条件：担当单位拥有设备优良的试验室和大型设施，如依托单位的中科院长春应化所拥有完善的纳米材料合成设备、纳米特性表征试验平台和纳米传感器及微小型器件构建平台；高能所拥有我国第一个特地争辩纳米安全性而建设的拥有 2023 多万元设备

33、的“纳米生物效应试验室”；中国科学院生态环境争辩中心拥有环境分析大型仪器试验室、生物仪器试验室、UNEP 二噁英示范试验室、原位外表分析试验室；担当单位还拥有各类色谱分析、光谱分析、质谱分析、核磁共振波谱分析、电化学、光学成像和集成型显微镜纳米探测系统等仪器设备，充分具备所需的多学科试验技术穿插的条件。(3) 拥有高水平的前期积存：无论是针对提出的主要科学问题或争辩目标，本项目的申请团队均已有很好的争辩根底，近年已在国际一流学术杂志例如 Accounts of Chemical Research, Angewandte Chemie International Edition, Journal

34、 of the American Chemical Society, Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Small, Analytical Chemistry, Biosensors and Bioelectronics, Environmental Science & Technology，Environmental Pollution 等发表了一系列具有国际影响力的高水平前期争辩成果。(4) 拥有高水平的穿插学科争辩队伍和长期合作争辩的根底： 本申请团队集中了纳米科学、材料科学、环境科学、物理和化学等多学科穿插的争辩队伍，

35、分别来自中国科学院长春应用化学争辩所、中国科学院高能物理所、中国科学院生态环境争辩中心、国家纳米中心，这支队伍始终默契合作，学问构造互补，试验设备共享，具有高度的和谐协作精神，是实现高水平争辩目标的坚实根底。组织形式本争辩打算将依托中国科学院长春应用化学争辩所电分析化学国家重点试验室，由中国科学院高能物理争辩所纳米生物效应与安全性试验室、中国科学院化学生态环境争辩中心、国家纳米中心等单位所属的优势试验室共同担当。拟实行分工合作，资源共享，鼓舞课题组间及与外单位的合作与沟通，充分发挥各担当单位的学科优势，强调优势力气的整合与协同争辩。在组织形式上，将由工程负责人聘请国内外相关领域有造诣的假设干专

36、家组成工程专家组，参与工程的组织与治理，帮助工程负责人审核确定工程的学术思想、争辩打算及技术路线，指导和协调各课题的工作，催促并考核各课题的进展状况。保证顺当实现工程的争辩目标，获得有深远影响力的前沿科学成果。课题设置1. 用于大面积水污染治理与检测的纳米材料设计、构建、制备及与水污染物作 用的根本原理主要争辩内容：系统的争辩以绿色合成和加工技术为导向，用于特定污染物检测的环境友好的纳米材料制备技术。拟探究纳米材料可控生长及生长动力学根本试验规律，以期实现纳米材料生长过程中尺寸、外形、构造、孔径等的把握； 争辩纳米材料与水中典型污染物的作用根本原理，并在此根底上对纳米材料构造性能优化；针对我国

37、湖泊、河流和水库等自然水体的养分盐过高和底质的厌氧的恶劣环境，争辩氧气纳米气泡产生气制和原理的根底上，探究氧气纳米气泡在三相体系中的行为特征和稳定性的规律，并争辩三相体系中的氧气纳米气泡应用到大面积自然水体污染治理及生态修复的可行性。预期目标：开拓和进展拥有自主学问产权的适用于特定污染物检测和治理的环境友好的纳米材料制备方法；进展的氧气纳米气泡检测技术，提醒纳米尺度上气、液、固三相界面的相互作用关系；开发负载氧气纳米气泡的材料，提醒氧气纳米气泡改善水质和去除污染物的机理，为将氧气纳米气泡技术应用于大面积水污染治理供给根底。课题担当单位：中国科学院高能物理争辩所，中国科学院生态环境争辩中心课题负

38、责人：吴海臣 争辩员 百人打算 中国科学院高能物理争辩所主要学术骨干：潘纲 争辩员， 吴海臣 争辩员，奎热西 争辩员，赵峰 助理争辩员，刘蕾 助理争辩员，汪冰 助理争辩员争辩经费比例：272. 纳米材料用于水中低浓度、高毒性、难降解污染物的检测与治理原理、 方法主要争辩内容：主要以水质中高毒性、难降解污染物，包括金属离子和常见有机污染物为争辩对象，探究多功能纳米复合材料的设计原理和方法进而利用其改善和修复水体生态环境。建立水质中典型污染物快速、灵敏、特异性检测方法与纳米传感机制，进展基于原理、方法的纳米传感器，实现对各种污染物的灵敏检测和水质的净化作用。在此争辩的根底上，依据理论和实践的结合，

39、研制智能分析装置和检测手段。预期目标：通过对水中低浓度、高毒性、难降解污染物污染物的纳米传感体系的建立，进展功能化纳米材料在检测和治理中的方法并阐述其传感机理。从不同的探针材料的选取角度，选取不同检测技巧构建水体中不同污染物的灵敏的传感平台。以电化学检测为主，进展绿色，简洁的传感界面。建立实际水样中污染物的快速、准确鉴定的检测技术和模型样机；与课题1结合进展基于原理、方法的上述污染物去除及水体生态修复技术。课题担当单位：中国科学院长春应用化学争辩所，中国科学院生态环境争辩中心课题负责人：逯乐慧 争辩员 百人打算 中国科学院长春应用化学争辩所主要担当人员：汪尔康 院士，逯乐慧 争辩员，杨秀荣 争

40、辩员，赵旭 副争辩员， 杨帆 副争辩员，许元红 助理争辩员，艾可龙 助理争辩员，郑喜亮 助理争辩员争辩经费比例：303. 基于纳米材料与技术进展高效、高通量、智能检测表征系统的原理、方 法主要争辩内容：制备生物相容性纳米材料、现场培育微生物膜，实现水中有机物的高效降解，用于快速在线测定生化需氧量(BOD)；制备光电催化纳米修饰电极， 用于化学需氧量(COD)的快速在线检测；争辩溶解氧(DO)在微、纳米阵列电极及其修饰电极上的反响机理，用于水体中DO的灵敏在线检测。通过对媒介体、微生物的筛选等争辩，建立水体总毒性快速分析方法；探究利用拉曼光谱指纹效应， 不经分别直接从水中检测多种特定污染物的可能

41、性。预期目标：通过水中污染物被微生物膜高效降解，实现水体中BOD的快速在线检测；利用光电催化法制备COD传感器，实现水体中COD的快速在线检测；研制高灵敏度、高稳定性的DO传感器，实现水体中DO的灵敏在线检测；基于微生物膜反响器，建立水体总毒性的快速分析方法；针对水体的微污染主要特征低浓度，高毒性，多种有机物无机物共存进展高效智能检测和表征的原理、方法。课题担当单位：中国科学院长春应用化学争辩所，中国科学院高能物理争辩所课题负责人：李壮 争辩员中国科学院长春应用化学争辩所主要担当人员：李壮 争辩员, 董绍俊 第三世界科学院院士, 赵丽娜 副争辩员,郏建波 副争辩员, 夏勇 副争辩员, 刘长宇

42、助理争辩员, 李丹 助理争辩员, 刘作家 助理争辩员争辩经费比例：194. 基于纳米材料与技术进展高效、无二次污染的关键治理技术主要争辩内容：争辩纳米材料微界面反响过程机制与把握原理，实现污染物的无害化定向转化。争辩绿色高效改性土壤-气态纳米材料复合技术用于大面积水体环境的综合治理和修复的多学科穿插技术原理及可行性；争辩型复合技术用于自然水体综合修复的示范工程和效果；争辩工程技术实施后，对水质改善、底质改善、沉水植被的恢复及生物群落构造的长期响应机制。预期目标：说明纳米材料微界面反响过程与机制，调控与设计微界面环境，提醒污染物在固液微界面转移转化规律。研发型氧气纳米气泡大规模制备技术， 通过氧

43、纳米气泡调控规律和除污机制的争辩指导湖泊中治理和修复复合技术原 理的争辩，并进展示范工程。定量表征改性土壤-气态纳米材料复合技术在水质改善、底质改善、及沉水植被修复等复合功能上的效果、调控规律、及其作用机理，为进展型环境纳米技术用于大流域自然水环境治理奠定科学根底。课题担当单位：中国科学院生态环境争辩中心，国家纳米科学中心课题负责人：胡春 争辩员 中国科学生态环境争辩中心主要担当人员：胡春 争辩员, 聂广军 争辩员, 石宝友 副争辩员, 张美一 助理争辩员, 杨郁 助理争辩员, 阴永光 助理争辩员争辩经费比例：24各课题间的有机联系本工程所设置的课题之间既有亲热的有机联系，又有所侧重(图 2)

44、。课题一重点争辩针对自然水体和饮用水中典型水污染物检测和治理应用的纳米材料和纳米技术，目的是为其它课题供给可以争辩的纳米材料及纳米材料与污染物相互作用的规律。课题二重点争辩上述材料在污染物快速、超灵敏、特异性检测及治理应用中所涉及的根本原理，为后续课题进展相关纳米传感器和污染水体治理技术供给理论依据。课题三重点争辩纳米传感器及微小型化器件构建及在实际污染水体中低浓度、高毒性、难降解污染物检测应用，用于推断自然水体和饮用水中是否受到污染、污染物的种类以及治理后的效果。课题四重点争辩纳米材料在饮用水净化及自然水体治理和生态修复应用中的无二次污染关键技术，完成应用示范。图 2. 课题间的有机联系四、

45、年度打算年度争辩内容预期目标1. 构建太湖十八湾示范区围隔，购置相应设备、仪器；2. 示范区围隔水体中，氮、磷等水化指标、典型污染物、藻毒素、典型蓝藻衍生物、浮游动物、浮游植物和底栖生物的背景值调查； 3争辩以绿色合成和加工技术为导向， 进展针对特定污染物检测和治理的环境友好的纳米材料制备技术，争辩几种典型污染物与纳米材料的相互作用原理；第 4.承受激光拉曼、全衰减红外、电化学等原位表征方法，争辩纳米材料在吸附、 催化反响过程中，界面所发生的构造、电子转移、活性中心以及四周配位环境年 的微观变化，争辩强化产生羟基自由基的纳米催化氧化有机物固液微界面反响过程;5. 在室内生态模拟箱体内争辩纳米氧

46、气气泡调控技术用于厌氧底泥的修复，提醒底泥微加氧调控技术的原理；6. 在室内生态模拟内初步试验争辩纳米氧气泡技术对水生植物的生长及蓝藻生命力变化的影响试验。1. 完成纳米气泡的制备，建立牢靠稳定的制备技术体系；2. 完成室内争辩纳米氧气气泡调控技术用于厌氧底泥的修复技术原理;3. 完成先锋水生植物的筛选及其生殖方式确实定,确定水生植物的生长边界条件;4. 在充分表征选定纳米材料构造的根底上，说明纳米材料的构造参数与制备条件之间的内在联系，总结阅历规律并提出理论模型，实现纳米材料的绿色可把握备5. 筛选出 2-3 种低浓度、高毒性污染物纳米传感体系构建方法；6. 申请制造专利 2-3 项，发表

47、SCI 学术论文 15 篇以上。年争辩内容预期目标度1. 应用自行研发的纳米氧气泡启动冬 1.分别启动第一期冬春季节 和春季节的底泥纳米氧气泡调控示范工 其次期夏秋季节纳米氧气泡复程；合技术调控示范工程；2. 启动夏秋季节应急除藻及纳米氧气 2.完成纳米技术实施后水体中水质、泡调控示范工程及生态修复工程； 蓝藻衍生物、嗅味物质、沉积物、浮3.争辩纳米氧气泡和改性材料复合技术 游植物、浮游动物、底栖生物、等指实施后对生态系统的短期响应机制； 标的短期监测；4.制造纳米材料原位固定土壤中污染物 3基于固液微界面反响原理，研制高的中试装置；效的纳米催化剂、纳米吸附剂与絮凝5.试验现场培育微生物膜的条件；考察 剂；第 TiO 纳米材料的光电催化性能；制备微、 4.探明稳定化的纳米材料吸附重金属2纳米电极阵列并进展修饰；承受电化学 砷和铅、PFOS 等长久性有机污染物的二 方法检测典型毒性物质对微生物的