新疆理化所与英国诺丁汉特伦特大学合作在纳米吸附剂去除水中有机物方面研究获得进展
饮用水消毒方案显着减少了水传播疾病风险，但在此过程中产生的消毒副产物(dbp) 对生态环境和人类健康带来了严重的威胁。地下水和地表水资源中存在一定量的天然有机物 (nom)，其中腐植酸(ha) 在水处理的消毒（氯化）过程中可以转化为致癌副产物，如三氯甲烷 、氯仿和二氯乙腈等。ha本身可能成为一种危害的污染物，因为与重金属结合具有优越的结合力和静电相互作用，导致金属-有机复合物的形成，这些复合物使它们从水中的根除变得更加复杂。由于ha及其衍生消毒剂副产品相关的法规和潜在的人类健康问题，在过去的几十年，水中去除 ha的研究引起了越来越多的研究人员的强烈关注。因此，使用有效技术从水中去除 ha 是世界范围内的一个非常重要课题。过去研究人员开发了一系列传统工艺 如混凝、臭氧化、离子交换、吸附，并成功用于ha的处理，不过考虑到它们去除顽固废物的效率较低，吸附法受到广泛关注。一些吸附剂（活性炭、赤铁矿等）相对较高的价格和有限的应用场景，致使人们需要寻找更具成本效益的吸附载体。骨炭 (bc) 因其出色的物理化学性质、易于生产、成本低、生态环境友好以及在修复废水方面（重金属和氟化物）取得了突出的效果，其大比表面积特性使其有望成为有机物良好的吸附剂。
基于此中国科学院新疆理化技术研究所分离材料与技术研究团队与英国诺丁汉特伦特大学研究团队合作，通过开发一种新型基于低成本和具有自再生功能的牛骨炭(calf bone char，cbc)吸附剂工艺来解决全球较为紧迫的ha去除问题。开发的cbc作为ha的超级吸附剂，可以去除92.1-100 %的ha。科研人员通过扫描电子显微镜进行了表征测试，并通过一系列实验确定了cbc吸附剂的吸附/解吸和自再生的各种参数。结果表明，制备的cbc具112 m2/g 的高比表面积其吸附量可达 38.08 mg/g（ha = 20 mg/l，ph = 4.0），比水中的典型ha含量高几倍。与其他类似研究相比时间更短地提高了ha去除率 (36.7–99.8%)，而ph降低(10降低到4)增加了吸附率(12.35%增大到98.3%)。吸附动力学模型和 langmuir 等温线很好地拟合，表明吸附是通过单层形成进行的。热力学常数支持吸附的吸热、自发和可逆性质，可以实现100%的ha去除。为了重复使用 ha 耗尽的 cbc，通过 naoh 处理实现了 100% 的再生，证明了该过程的可持续性。这一研究成果在国际上首次报道了牛骨炭吸附用于去除水中有机物污染物的可行性。cbc作为一种新的吸附材料，提供了一种经济且可持续的水预处理工艺，为构建具有成本效益且具有可扩展性的水处理工艺提供了技术指导。
相关研究成果发表在《chemosphere》杂志上(chemosphere, 2022, 301, 134673；chemosphere, 2022, 307, 135756)，新疆理化所为主要参与单位，分离材料与技术研究团队的阿卜杜克热木·喀迪尔助理研究员为第二作者及通讯作者。该研究工作得到中科学院新疆理化技术研究所特别研究助理项目以及英国工程和物理科学研究委员会(epsrc)项目的共同支持。
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图1 （a）吸附剂剂量对ha去除率的影响； (b）水溶液ph对ha去除率的影响
图2 （a）伪一阶吸附动力学模型 (b）伪二阶吸附动力学模型
