[01927371]铈基多孔凝胶球除磷吸附柱装备工程

本项目旨在通过研制具有阻断生物磷营养盐的吸附药剂达到控制水体尤其 是给水和污水厂出水的生物稳定性的目的。高效磷吸附剂开发是瓶颈。研究重点 关注金属外层电子云结构不同引起的价态变化、不饱和配位键、晶体结构缺陷等 与活性位点暴露、吸附除磷效能提升之间的关系。通过设计铈基金属有机框架 （MOF）材料，利用金属与有机配体之间的强烈配位作用固定不稳定的三价离 子，证明三价比传统四价铈基材料拥有更优异的除磷性能。在此基础上，拓展研 究思路，一方面优化金属原子配位结构，通过高温释放 MOF 中被溶剂占有的配 位键，并借助还原剂制造氧空位充分开发金属可捕捉磷酸根的活性位点。另一方 面，研究更温和的制备手段，利用溶剂热法一步得到具有结构缺陷的 Ce-MOF， 缺陷位点通过结合羟基可经过离子交换大幅提升吸附性能，同时探究该吸附剂协 同去除磷、氟的效能并评价了不同原水条件下除磷和氟的优先级，为实际水体多 离子共存条件下对不同污染物质选择性吸附提供参考。最后，针对 Ce(Ⅲ)的优异 吸附效果，构建壳聚糖凝胶球并包裹聚多巴胺作为流化床吸附柱的填料，通过探 讨进水流速、进水浓度、进水污染物种类，分析吸附柱的穿透曲线，探讨吸附柱 实际应用潜力。该装备可用于生活污水回用、高污染负荷初期雨水、高藻水等多 变水质情况。

主要创新点

（1）在理论研究方面，通过调控金属中心元素电子结构，优化吸附除磷性 能是本研究的关键点。通过金属价态、不饱和配位键、结构缺陷以及晶面等电子 结构微环境的设计，创建实际反应过程中纳米微观结构与效能（吸附能力、吸附 速率、安全特性）之间的关系，明晰反应机理及效能增强过程。

（2）在应用性能优化方面，构建适宜水处理使用的除磷纳米宏观体，进一 步深入吸附柱构建。在宏观角度保证绿色安全、稳定、易回收，在微观角度通过 构建活性位点、多孔结构和亲水性，保证高效除磷功能的实现。