应用纳米技术去除饮用水中微污染物的基础研究.docx

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应用纳米技术去除饮用水中微污染物的基础研究

项目名称：

应用纳米技术去除饮用水中微污染物的基础研究

二、预期目标

1、总体目标：

本项目从我国饮用水安全的需求出发，围绕去除饮用水中微污染物的问题，设计和合成高效捕获微污染物的纳米结构材料，揭示纳米结构材料与饮用水中微污染物相互作用机理；探索饮用水中微污染物高效去除与原位“富集-转化”一体化处理的新方法；发展高性能净水纳米结构材料的低成本、宏量制备方法；研究净水纳米结构材料安全性的有效评价方法；建立去除饮用水中微污染物的原理性示范装置。

通过项目的组织实施，为饮用水深度净化方法提供关键材料基础和核心技术支持，促进纳米科学、化学、物理、环境、材料科学等学科的交叉与融合，培养一批具有创新性研究能力的交叉学科人才，形成几个在相关领域中有重要国际影响的研究群体。

2、五年预期目标

（1）以本项目相关课题组已研发的净水纳米材料和组装结构为基础（如聚十三铝纳米絮凝剂、微/纳SiO2@γ-AlOOH球、多孔硅酸盐空心球等），通过纳米结构表面改性和调控，研究纳米材料铆固在常规多孔材料孔洞内的结构特性，并建立相应的表征方法；研究纳米材料对饮用水中微污染物的吸/脱附性质，揭示选择性吸附及反应的本质和机理。

（2）研发出3-4种用于吸附去除水中无机微污染物（如砷、铅、汞等）的纳米结构材料，揭示纳米结构与无机微污染物的吸/脱附机理；发展纳米结构材料的低成本宏量制备方法；开发基于纳米结构吸附材料的饮用水处理装置。

（3）研发出2-3种用于选择性富集-催化降解腐殖质、灭草松和三卤甲烷等为代表的有机微污染物的纳米功能材料（如纳米活性炭纤维），揭示纳米结构对饮用水中有机微污染物富集-转化一体化的增强和耦合机制，阐明其作用规律，构建饮用水有机微污染物的高效富集-无害化处理系统。

（4）通过纳米材料与水中微污染物相互作用产生的光、电等响应信号的研究，设计相应的检测器件，发展针对饮用水中微污染物的快速检测方法，建立净水纳米结构材料去除饮用水中微污染物效果的评价体系，为净水纳米结构材料的安全应用与示范装置提供技术保障。

（5）构建基于纳米材料和技术的饮用水深度处理单元系统和综合处理示范装置，示范装置达到以下技术指标：

日处理饮用水量大于20吨，处理后饮用水中无机微污染物砷、铅、汞等的浓度达到ppb数量级，有机微污染物腐殖质等的去除率比常规饮用水处理技术提高20%以上，达到国家《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）；建立示范装置的性能测试与评估体系，给出其长期使用的稳定性、安全性和可靠性方案。

通过项目的实施，发展出净水纳米材料宏量制备方法和高容量吸/脱附技术，建立饮用水中微污染物的纳米技术综合处理示范点1处。

发表SCI论文120-150篇，其中在国际相关领域顶级刊物上有影响的学术论文20-30篇，申请具有原创性和重要应用价值的发明专利20-30项。

在优秀人才培养方面：

培养和造就一批高层次的研究人才，包括1-2名具有国际影响力的科学家、2-3名国家杰出青年基金获得者，100名博士和硕士，形成几个在相关领域中有国际影响的研究群体和研究平台。

三、研究方案

1、总体研究思路

整个项目从关键科学问题的凝练、研究内容的分解和课题的设置总体思路都是围绕饮用水净化纳米材料设计进行的，研究主要沿着两条线索：

一是饮用水中无机微污染物去除的纳米材料与技术；二是基于纳米材料饮用水中有机污染物的无次生污染去除方法。

具体的研究思路如图1所示：

一方面，通过结构设计和化学处理，将高吸附特性的纳米材料和高富集容量的常规多孔材料有机结合，发展高吸附亲和力和高吸附容量的纳米结构材料，通过纳米结构材料与饮用水中微污染物吸/脱附机理的研究，筛选出适合无机微污染物吸附的纳米材料复合体系，并通过对合成条件的放大和优化实现其宏量制备；另一方面，通过纳米材料的功能协同，结合纳米材料的强催化和对有机微污染物的快速富集能力，发展集“富集-转化”为一体的原位催化去除技术，通过纳米功能体系与有机微污染物作用机理的研究，筛选出适合饮用水中有机微污染物去除的纳米材料体系；在这两方面基础上，利用纳米材料敏感特性，发展饮用水微污染物净化过程的快速监测及净水纳米材料安全性评估新方法；最后通过三方面的技术集成，实现高效、低成本饮用水净化纳米技术的集成与示范，从应用的角度体现本项目的研究成果。

图1.总体研究思路

2、技术路线

为了实现项目的研究目标，研究方案从以下四个技术方面来进行：

一是以饮用水中微污染物的深度处理为目标导向，分别设计和组装大比表面、高吸附特性、特异选择性和高催化活性的纳米结构与纳米材料，重点研究：

（1）纳米结构与微污染物选择性可控吸附/脱附的相关性；

（2）纳米结构高效催化降解有机微污染物的微观机制。

据此筛选适合于饮用水中微污染物吸附和催化转化的纳米材料。

二是围绕饮用水中砷、铅、汞等无机微污染物的高效吸附和有机微污染物的“富集-转化”一体化去除，设计和发展有实际应用价值的微纳复合材料体系。

重点进行两方面的研究：

（1）以无机微污染物的去除为导向，组装介孔结构与大比表面纳米颗粒的复合体系，研究纳米材料高吸附特性和多孔材料高吸附容量协同增强吸附饮用水微污染物的基本规律，据此优化适合饮用水净化的微纳复合材料体系，并实现其宏量制备；

（2）以有机污染物的去除为目标，设计活性炭纤维、纤维素及其它介孔结构等与高催化活性纳米结构的复合体系，揭示其构效关系和作用机理，研究高吸附特性和高催化能力协同作用的最佳途径，据此优化出最佳的复合材料体系，并实现其宏量制备。

三是围绕饮用水微污染物的实际净化需求，设计和发展敏感纳米材料体系，通过表面化学修饰和发展新型人工抗体，实现其对饮用水中微污染物的特异性选择，利用纳米材料与微污染物相互作用产生的光、电等性质，发展基于表面增强拉曼散射（SERS）、荧光共振能量转移（FRET）等光学和电化学传感器件，实现饮用水中微污染物的快速检测。

同时，通过同位素示踪、无机物染料标记等方法，研究微纳复合体系中纳米材料的稳定性，发展纳米材料安全性能评估的新方法。

四是针对饮用水的特点，建立基于纳米材料与技术的饮用水处理单元和集成系统示范装置，考察示范装置实际运行的性能。

这部分研究内容包括：

（1）对高效纳米吸附技术和无次生污染纳米催化转化技术进行集成和系统优化，形成针对饮用水微污染物去除的新型深度处理技术体系；

（2）研究示范装置的处理效率与系统长期稳定性；建立纳米材料应用于饮用水高效处理示范装置的科学评价方法。

四个方面的研究在层次上处于不同阶段，是相互依赖、相辅相成的。

第一方面是用于去除饮用水微污染物的纳米材料基础研究，第二方面是高效无次生污染去除微污染物的新方法及净水纳米材料宏量制备，第三方面是饮用水微污染物快速检测和净水纳米材料安全性评估的方法研究，第四方面建立饮用水深度净化处理示范装置。

整个项目总体思路体现基础与应用的衔接，层层推进，环环相扣，最终示范性解决饮用水净化深度处理难题，形成本项目研究特色。

3、特色和创新点：

在总体思路上，提出利用纳米材料和技术高效去除饮用水中微污染物，并证明其安全有效可行；

发展无次生污染的原位“富集-转化”一体化微污染物处理方法；

把纳米材料铆固在常规多孔材料的孔洞内，通过纳米材料特性与常规材料的复合，既利用常规多孔材料的易实用性，又发挥纳米材料的强吸附捕获微污染物的功能，两者优势互补，实现高效处理饮用水中微污染物；

发展对饮用水中微污染物高效去除的纳米材料和纳米组装技术单元及集成技术，并构建低成本深度净水技术示范装置。

4、取得重大突破的可行性分析：

1）有望在纳米材料高效率吸附饮用水中微污染物机理方面取得重大突破

项目组在过去几年里，在纳米材料和纳米组装结构处理水体中污染物方面取得了一系列进展，如

（1）探索了纳米结构材料吸附重金属离子的性能，发现了多种具有高吸附容量的金属氧化物，特别是花状纳米结构的氧化铁，其吸附砷和铬等离子的能力是普通氧化铁的10倍以上；

（2）以绿色环保的天然高分子材料-纤维素及其衍生物为基础，研制开发出纤维素基高效选择性吸附的水处理纤维状吸附剂，对水中的污染物具有较好的处理效果。

在此基础上，以高效率去除饮用水中微污染物为目标，深入研究纳米结构及其组装改性体系与微污染物的特殊微界面作用，发展出高效率去除饮用水中微污染物的新原理是有可能的。

2）有望在饮用水中微污染物的原位“富集-无害化转化”一体化新型处理方法上取得突破

纳米材料大比表面积、高密度的活性位点，使它们具有对水中污染物高效捕获的能力，项目组前期研究表明纳米材料对水中污染物的捕获能力比常规材料高出几倍，甚至是几个数量级。

如项目组近年来围绕活性炭纤维（ACF）研究取得了一系列成果，通过调控ACF的分子筛特性，对水中污染物（消毒副产物等）具有较好的富集和降解效果。

通过本项目的实施，可望建立原位“富集-无害化转化”一体化体系，并在饮用水微污染物无次生污染新型处理方法上取得突破性进展。

3）有望在低成本宏量制备高效率净水纳米材料方面取得重大突破

项目组前期已经在制备纳米材料和纳米组装结构方面取得了一系列成果，如

（1）制备出不同形貌的纳米结构氧化物，具有高活性表面、抗团聚的新型微/纳米复合结构；

（2）设计了环境友好、成本较低、产物稳定的合成方法，得到了微/纳SiO2@γ-AlOOH球、多孔硅酸盐空心球等纳米结构材料。

在此基础上，以饮用水中微污染物高效去除为目标，实现低成本、规模化制备纳米材料和组装纳米结构是有可能的，并有望取得重大突破。

4）有望在饮用水中微污染物有效去除的纳米材料和纳米组装技术单元及集成示范装置上取得突破

将具有对饮用水中不同微污染物处理功能的纳米材料，组装为一个处理单元并集成示范装置，在保证高效去除饮用水中微污染物的前提下，尽量提高稳定性、延长寿命和降低成本，是一个系统工程。

项目组承担单位在中西部和边远地区已有研究基地如山西省山阴县快乐村等，可以作为本项目的示范地点。

因此，通过本项目的实施，可望在发展纳米饮用水深度处理技术单元和技术集成方面取得突破性进展。

综上所述，本项目提出的研究目标和研究内容具有前瞻性和创新性，研究团队具有扎实的研究基础，可以胜任研究任务，实现研究目标，有望在研究中实现重大突破。

5．课题设置

针对项目的研究内容，共设置了4个课题，分别为：

课题1纳米材料与饮用水中无机污染物吸/脱附机理研究

主要研究内容：

针对饮用水中多种常见微量无机污染物的去除，发展新型功能复合纳米材料与目标污染物作用的表征方法，研究微污染物与新型纳米材料和纳米组装结构表/界面相互作用及其微观机理，揭示纳米材料和纳米组装结构对微污染物高效吸/脱附机理。

内容包括：

（1）新型高效纳米吸附材料的设计与合成;

（2）纳米结构材料改性方法及其吸/脱附机理研究；（3）纤维素基纳米复合材料选择性吸附无机污染物机理研究；（4）无机微污染物去除机理研究。

研究目标：

研究多种可高效去除常见微量无机污染物的新型功能复合纳米材料，揭示纳米结构材料与微污染物的作用机理，实现宏量制备成本相对低廉的2-3种能有效净化水中无机微污染物且环境友好的纳米材料。

5年发表SCI论文30-40篇，申请发明专利4-6项。

在优秀人才培养方面：

10名博士。

承担单位：

中国科学院化学研究所，中国科学院理化技术研究所

负责人：

葛茂发

主要学术骨干：

王春儒、吴敏、吴大勇、张成亮

研究经费比例：

23%

课题2高效去除饮用水中有机污染物纳米材料设计和作用机制研究

主要研究内容：

研究纳米材料在吸附、催化反应过程中表面的结构、活性中心、配位环境的微观变化及电子转移规律，提高纳米材料和纳米组装结构针对饮用水中微污染物的高容量富集，发展基于纳米材料与技术高效富集与无害化转化的新体系和新技术。

重点发展弱电场作用下活性炭纤维电催化富集-转化系统，阐明微污染物在上述体系中富集和无害化转化原理和规律。

内容包括：

（1）高效去除有机微污染物纳米催化剂的设计；

（2）微污染物的负载滤膜与介孔吸附体系研究；（3）环境友好聚合物与磁性材料纳米复合体研究；（4）活性炭纤维电催化系统设计与吸附-降解机制研究。

研究目标：

构建出微污染物的负载滤膜与介孔吸附体系、SiO2等聚合物与磁性材料纳米复合体、活性炭纤维电催化等富集-降解系统，探索出纳米结构对微量有机污染物富集转化的增强效果和耦合原理，阐明有机微污染物在上述体系中富集和转化的规律。

5年发表SCI论文30-40篇，申请发明专利7-9项。

在优秀人才培养方面：

13名博士、力争1名全国百篇优秀博士论文获得者。

承担单位：

中国科学技术大学，合肥物质科学研究院

负责人：

徐安武

主要学术骨干：

俞汉青、黄行九、康南生、张晔

研究经费比例：

23%

课题3饮用水中微污染物净化过程实时快速检测研究及安全评估

主要研究内容：

利用具有分子印记功能的纳米材料对饮用水中微污染物进行富集，通过微污染物与纳米材料相互作用产生的光、电等性质，发展新原理的检测方法，设计相应的检测器件及智能化检测系统；对饮用水中微污染物进行实时检测并对纳米材料应用于饮用水处理进行安全性评估。

内容包括：

（1）特异选择性纳米结构的设计与合成；

（2）饮用水中微污染物实时快速检测技术；（3）微污染物的去除效果评估；（4）应用于饮用水处理的纳米材料安全性评估。

研究目标：

利用功能化纳米材料与饮用水中微污染物相互作用产生的光、电等性质，发展新原理的检测方法，设计相应的检测器件及智能化检测系统。

最终建立多重特性协同的检测机制和对纳米材料应用于饮用水处理进行安全性评估。

5年发表SCI论文45篇，申请发明专利6-8项。

在优秀人才培养方面：

10名博士、1名国家杰出青年获得者。

承担单位：

中国科学院合肥物质科学研究院

负责人：

刘锦淮

主要学术骨干：

王祥科、王素华、罗涛、徐伟宏

研究经费比例：

23%+8%

课题4高效低成本饮用水净化纳米技术集成与示范

主要研究内容：

集成高效纳米吸附技术和无次生污染的纳米催化转化技术，通过系统优化，形成去除饮用水中微污染物的新型深度处理技术；选择在华北饮用水氟、砷超标的地区建立以纳米吸附材料为核心的饮用水深度处理系统和饮用水净化综合处理示范装置，考察其长期使用的可靠性；建立示范装置的性能测试与评估方案。

内容包括：

（1）基于纳米材料的饮用水高效处理单元系统；

（2）基于纳米技术的高效净水集成示范装置；（3）示范装置稳定性评价。

研究目标：

建立以纳米吸附材料为核心的饮用水深度处理系统，构建纳米技术去除饮用水中微污染物的综合处理示范工程1处，日处理饮用水量大于20吨，处理后饮用水中无机微污染物砷、铅、汞等的浓度达到ppb数量级，有机微污染物腐殖质等的去除率比常规饮用水处理技术提高20%以上，达到国家《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）。

5年发表SCI论文25篇，申请发明专利6-8项。

在优秀人才培养方面：

8名博士、1名国家杰出青年获得者。

承担单位：

中国科学院生态环境研究中心，中国科学院化学研究所，中国地质大学

负责人：

王东升

主要学术骨干：

孙中溪、蒋礼、田熙科、石宝友

研究经费比例：

23%

6．各课题间的有机联系以及与项目预期目标的关系

为了推动项目的顺利实施，全盘考虑了项目的实施方案，把主要研究内容划分为３个层面，４个课题进行分工合作研究。

３个层面是：

1）研究纳米结构材料与饮用水中微量污染物相互作用与吸/脱附机理；2）设计与宏量制备高效率净水纳米材料；3）净水纳米材料安全性评估与示范。

项目以高效去除饮用水中微污染物为中心，以吸/脱附特性和关键的科学问题为主线并贯穿于研究内容的３个层面，将其紧密联系，互相依托，把课题紧紧锁定在以高效吸附性能纳米材料与纳米结构的设计、宏量低成本制备、安全性评估、功能单元集成示范４个研究方向上。

项目的四个课题在研究过程中始终贯彻“知识创新和技术创新相结合、基础和应用相结合”的原则。

01和02课题分别针对微污染物中的无机物和有机物展开工作：

01课题研究纳米结构的吸/脱附特性，重点研究针对无机微污染物具有高吸附能力的纳米结构材料，发展规模化制备和特殊结构纳米材料组装的新原理、新方法；02课题研究纳米结构的催化特性，重点研究针对中低分子量水溶性有机微污染物的高效催化转化的纳米结构复合体系，发展高效富集与无害化转化的新体系和新技术。

03课题是连接01、02课题与04课题的纽带，重点研究微污染物与敏感材料的作用机制，发展针对水中微污染物的快速检测原理和方法；以此为基础，对01和02课题的研究结果进行分析，评价其构效性能；并对01和02课题研制的纳米结构材料的安全性进行评估，是进行材料、器件和示范系统性能评估与优化的必要条件，属于整个项目的支撑。

01、02和03课题的研究成果将在04课题示范应用中得到体现，04课题重点研究纳米高效吸附和纳米催化转化的集成和系统优化，构建针对饮用水中微污染物深度净化示范装置。

项目的四个课题既有分工，又有合作，课题设计的总体思路和研究方案使本项目基础研究与应用基础研究很好地衔接，利于学科交叉、优势互补，从而保证了整体研究目标的实现。

四、年度计划

研究内容

预期目标

第

一

年

●对微污染物的特性进行分类研究，集中针对无机微污染物中的砷、氟、镉离子和有机微污染物中的腐殖酸、氯代烷烃等在饮用水中的种类、存在形态、分布状态等进行分类归纳；

●重点研究饮用水中无机微污染物砷、氟、镉等与多孔纳米材料、三维分级结构纳米材料等表/界面相互作用原理，研究其在纳米结构上吸/脱附机理，设计具有高吸附能力的纳米结构；

●系统研究腐殖酸、氯代烷烃等有机微污染物在纳米结构表面进行催化反应的降解过程，探索提高纳米结构催化性能的机制和方法；

●探索对微污染物敏感响应的纳米结构，研究其敏感响应的机制，分析纳米材料结构与敏感性能之间的关系，并对高敏感性能纳米材料的设计进行初步探索。

设计并制备出对无机微污染物具有高吸附能力的纳米吸附材料；

构建对有机微污染物具有高催化降解活性的纳米催化材料；

筛选出对微污染物具有高敏感响应的纳米敏感材料。

发表SCI论文25篇以上，申请专利2~3项

第

二

年

●研究纳米吸附材料与常规多孔材料之间性能耦合作用的机制，设计具有高吸附容量和高吸附能力的纳米复合结构材料，探索纳米吸附材料和常规多孔材料之间相复合的原理和方法，发展低成本纳米复合结构吸附材料的制备方法；

●研究高催化活性纳米结构与常规吸附富集材料之间协同作用机制，设计“富集-催化降解”一体化的纳米结构复合体系；

●设计针对微污染物具有高敏感性的纳米结构，探索其高灵敏响应信号输出方式，发展高灵敏的水环境微污染物快速检测方法；

●研究纳米复合结构材料宏量制备原理和方法，并进行初步探索。

发展出2~3种高效吸附去除饮用水中微污染物的纳米复合结构材料；

建立基于光学和电学的水环境微污染物快速检测方法，构筑便携式检测器件；

建立具备50公斤/批生产能力的纳米复合结构材料宏量制备的装置；

在内蒙古托克托县进行第一阶段应用示范，应用试点范围达到20~30户人家；

发表SCI论文20篇以上，申请专利4~5项

第

三

年

●在微污染物快速检测的基础上，发展纳米净水材料净化性能测试原理和方法，构建净化性能测试平台；

●针对饮用水中微污染物浓度低、波动大、干扰因素多等特点，模拟实际检测环境，研究在不同实际环境条件下纳米结构材料净水能力的变化规律，探索提高其净化能力的机制和方法；

●进一步放大纳米结构材料的制备，探索规模化生产纳米结构净水材料的方法

建立纳米结构材料净水性能测试平台；

发展2~3种高效去除微污染物的纳米净水剂；

纳米净水剂规模化生产达到中试级别；

发表SCI论文25篇以上，申请专利4~5项

第

四

年

●设计和构筑基于纳米结构材料的去除微污染物净水功能单元；

●研究纳米结构材料在净水处理过程中的结构稳定性，评价其适用安全性；

●通过系统集成，构建基于纳米材料和纳米技术的饮用水净化处理装置。

优化得到2~3种高稳定性、使用安全的纳米净水剂。

发展纳米结构净水材料使用安全性评价体系；

发表SCI论文25篇以上，申请专利4~5项

第

五

年

●进一步提高纳米净水材料在服役条件下的结构稳定性，提高其使用安全性；

●在实际服役环境中，研究净水处理装置各功能单元性能变化规律及相互关联性；

●优化完善各个功能单元，增强相互之间协同能力，提高整个装置的净水能力；

●全面完善净水处理示范装置的性能，降低造价及运行成本。

完成基于纳米技术的饮用水净化处理装置1套，并在示范点应用，达到以下技术指标：

日处理饮用水量大于20吨，处理后饮用水中无机微污染物砷、铅、汞等的浓度达到ppb数量级，有机微污染物腐殖质等的去除率比常规饮用水处理技术提高20%以上，达到国家《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）；

全面完成本项目研究任务。

发表SCI论文25篇以上，申请专利4~5项

一、研究内容

本项目针对常规饮用水处理技术无法有效去除水中低浓度（ppm-ppb级）污染物（有机污染物、无机污染物）的现状，依据纳米材料及其组装结构的高效吸附特性，设计与构建新型纳米结构材料，去除水中低浓度目标污染物；揭示纳米材料的结构参数与制备条件之间的内在联系，实现纳米材料的宏量可控制备；阐明纳米结构及其组装改性体系与微污染物的特殊微界面作用过程和微观反应原理，研究纳米材料在饮用水体系中高容量吸附和脱附过程机理，以及无次生污染的吸附-催化转化一体化的微观机制；通过基于纳米技术的饮用水净化综合示范工程的设计与应用基础研究，提供实验数据并验证其科学性和可应用性，为发展低成本、高效率净水纳米材料与方法，确保饮用水安全提供科学依据。

1、关键科学问题

1）纳米结构材料与饮用水中微污染物相互作用机理

2）高效去除饮用水中无机微污染物纳米结构材料设计

3）高效去除饮用水中低浓度有机污染物纳米结构材料设计

4）饮用水中微污染物实时监测的新原理和新方法

2、关键技术问题

1）针对饮用水中微污染物设计纳米材料和纳米组装结构及低成本宏量制备技术

2）纳米材料应用于饮用水处理过程实时快速检测与安全性评估技术

3）基于纳米材料的饮用水中微污染物吸附-转化一体化集成技术

4）基于纳米材料的净水示范与效果评价技术

3、围绕关键科学问题的研究内容：

1）高效去除饮用水中无机微污染物新型纳米结构材料设计与吸/脱附机理

针对我国饮用水中无机微污染物的特点和深度净化处理的需求，设计并制备特定结构与形貌的纳米材料，研究其在水相中与微污染物的相互作用，揭示纳米材料和纳米组装结构对微污染物高效吸/脱附机理，调控微界面的物理、化学性质，提高纳米材料对微污染物的吸附性能，发展规模化制备和组装特殊结构纳米材料的新原理、新方法。

具体内容包括：

（1）新型高效纳米吸附材料的设计与合成：

研究基于碳基纳米吸附材料的功能化以及吸附微污染物的作用机制，实现结构与性能调控；设计合成氧化铝、氧化铁、富勒烯、氧化硅单一纳米介孔材料和介孔氧化铝-氧化铁、介孔氧化铝-氧化硅、介孔氧化硅-氧化铁以及介孔氧化铝-氧化铁-氧化硅纳米复合吸附材料，研究其孔径、分布方式及排布密度的调制规律，探索介孔材料的表面功能化途径，阐明介孔结构几何特性变化对微污染物吸附特性的影响机制；发展低成本、规模化宏量制备方法。

（2）纳米结构材料改性方法及其吸/脱附机理：

利用微波、等离子体放电等过程中产生的活性自由基与纳米结构材料表面作用产生大量的活化中心，对纳米材料进行表面改性，制备对水体中微污染物具有选择性富集的纳米结构材料。

研究表面修饰纳米结构材料对水体中微污染物高效俘获和去除的过程和机理，及其对水体中微污染物的吸/脱附性能。

（3）纤维素基纳米复合材料选择性吸附无机微污染物机理：

通过纤维素基纳米复合材料表面功能化接枝处理，实现