[00912005]源于农林固体废弃物的生物质基环境功能材料

该项目成果属于环境化工与环境功能材料领域基础与应用研究成果。废弃天然生物质的资源化是社会可持续发展和保护生态环境的必经之路。中国是农业大国，每年产生近亿吨的废弃农林生物质，给环境造成了巨大的压力，如何高效的转化和利用一直是备受关注的研究热点。以农林废弃物为原料制备生物质基环境修复功能材料，用于受污染水体和土壤的修复，“以废治污”，可以同时实现环境效益、经济效益和社会效益，三重收益。污染物的特性结合生物质基材料的结构特点，预定性的设计具有吸附能力的生物质基环境修复功能材料是该项目的研究特色。纤维素是各类农林废弃生物质的主要组分，其重复的单糖结构含有丰富的羟基基团，利于根据拟去除污染物的结构特征，设计连接合适的功能化合物进行改性；生物质炭由生物质缺氧条件下碳化而成，具有大的比表面和发达的孔隙结构，以物理、化学的手段可以调控表面的官能团、极性和孔隙结构，使其表界面与待去除污染物结合力更强。课题组多年来一直致力于以大宗农林废弃物-玉米芯、花生壳、小麦秸秆和竹末等为原料，创制纤维素和生物炭基吸附材料，设计制备了大量具有特殊结构的生物质基吸附材料，完善了纤维素和生物炭基吸附材料的制备、结构和性能相关的理论和方法，深入探讨生物质基环境功能材料的环境相容性、生物效应及污染物的构效关系，为进一步环境修复应用奠定理论基础。研究涉及以铅、镉、汞、砷、铬5种高毒性重金属元素为主的8种金属离子、7种有机污染物和富营养化元素-磷，在生物质基吸附剂领域形成了独特的研究优势和特色，尤其是发表于2011-2014年的8篇代表性研究成果得到了国内外领域专家的广泛关注和好评。该项目立足于国际前沿，既注重成果的应用前景更关注基本科学问题的深入探究。通过该项目的研究，课题组在如下三个方面进行了科学探索：1.阐明了利用纤维素伯羟基的活性进行接枝改性，制备功能化纤维素基吸附剂的分子设计原理；2.以廉价的农林生物质为原料，采用原位调控的策略，建立了表面极性和孔隙结构可调的生物质基功能炭材料的制备方法；3.基于吸附动力学、吸附热力学等数据，阐明各类无机、有机污染物在生物基功能材料表面的物理/化学吸附作用机理，建立了生物基功能材料的高效再生技术方法。该项目执行期间，先后承担完成国家自然科学基金面上项目1项、河南省科技厅项目2项，发表SCI收录系列论文十三篇，其中，八篇代表性论文被SCI他引206次，提名引用18次。八篇代表性论文中有两篇为JCR一区期刊论文，五篇JCR二区top期刊论文。依托该项目培养研究生16人。