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本網訊（資源與環境學院）近日，南昌大學資源與環境學院謝顯傳教授團隊在環境領域著名學術刊物Water Research上發表了系列論文（2024, 250:121078; 2023, 245:120546;2022, 222: 118917），刊發了團隊最新研究進展。

團隊研發自下而上的流域尺度磷物質流模型，分析1950-2020年鄱陽湖流域中磷元素的物質流動特征。隨著全球社會經濟持續快速發展，每個國家和地區對磷資源需求都顯著增加。社會系統中磷的過度開發和低效利用，不僅嚴重消耗全球有限磷礦資源，還造成全球性水體富營養化問題。了解大型流域內磷（P）的物質流動循環及其代謝過程對于全球磷資源的可持續利用和控制水體富營養化至關重要。為此，課題組研究團隊研發了自下而上的流域尺度磷物質流模型，分析1950-2020年鄱陽湖流域中磷元素的物質流動特征。研究結果以“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年鄱陽湖流域中磷元素的物質流動特征，探討了影響其強度的驅動因素。總的來說，在1950年-2020年鄱陽湖流域中磷的物質流動循環不再是一個自然主導的循環，而是受到人類活動的顯著影響。人口增長和農業發展是研究區域磷流動結構變化的重要驅動因素，它們導致了社會條件的變化，包括農業生產、飲食結構和消費水平，進一步主導了磷的使用、排放和回收的循環模式。本研究提供了一個廣泛適用大型流域中磷元素的物質流分析模型，研究了鄱陽湖流域中磷的多年物質流動循環及代謝特征，為快速發展地區或國家大型湖泊的磷資源可持續管理提供了方法支持和政策見解。

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

團隊研發多功能多孔β-環糊精聚合物用于水質凈化。水環境中的多種污染物對人類健康和生態安全構成嚴重威脅。其中，內分泌干擾物、持久性有機污染物（POPs）、抗性素等有毒有機新污染物給水環境和人類健康帶來風險，受到人們普遍關注。同時，水體中的天然有機物（NOM）不僅造成水體色嗅味感官指標的惡化，還是消毒副產物的前驅體，也影響其他有機和無機污染物的去除，給水處理帶來嚴峻挑戰。此外，水體中的病原微生物是水傳播疾病爆發的主要原因，也是水處理工藝重點控制目標物。目前，污水處理廠對有機污染物和微生物的去除往往需要兩個或多個工藝的耦合，工序繁瑣，增加了工程建設投資和運營成本。所以，迫切需要開發一種簡單的凈化材料及水處理工藝，以實現對水體中微污染物、天然有機物和病原微生物的同時去除。課題組研究團隊研制了季銨化環糊精基樹脂新材料，可高效吸附去除水體中常見的雙酚A (BPA)等有毒有機污染物和腐殖酸(HA)等天然溶解性有機物，對水中大腸桿菌等病原微生物兼有優良的滅/抑菌作用。研究結果以“Multifunctional porous β-cyclodextrin polymer for water purification”為題在Water Research（2022, 222: 118917）上發表。

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

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

團隊研究磁性季銨化環糊精基樹脂與氯消毒工藝耦合的協同消毒效果及其對消毒副產物削減作用。污水消毒對保障水質安全至關重要。傳統的氯消毒工藝因其簡單、高效而被廣泛使用。但是，氯消毒過程中會產生大量有毒有害的消毒副產物（DBPs），對生態環境和人類健康造成嚴重威脅。為此，課題組研究團隊研制了磁性季銨化環糊精基樹脂材料，與氯消毒工藝進行耦合，研究耦合工藝的協同消毒效果及其對消毒副產物削減作用，研究結果以“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）上發表。

該論文研究在離子液體體系中制備了磁性季銨化環糊精基樹脂（PMCD），材料具有微孔、介孔和大孔構成的多孔結構，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，飽和磁化強度為14.87 emu·g-1，可以輕易用磁鐵分離，浸出實驗表明PMCD在水中具有良好的穩定性，能有效避免對水體的二次污染。PMCD對水體中Cl-、SO42-和UV254去除率分別為53%、71%和97%，對水體中可培養細菌總量消減達到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的多孔結構可以吸附水體中的有機消毒副產物和腐殖酸類消毒副產物前驅體，降低水體中消毒副產物濃度。PMCD與氯消毒工藝耦合可以很大程度地減少消毒副產物生成勢，對消毒副產物消減作用顯著，對水中三鹵甲烷總量削減率達23-78%，對總鹵乙酸削減率達34%，其中對鹵乙酸中三氯乙酸TCAA生成勢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

責任編輯：許  航