【基金标书】2010CB933600-纳米材料与纳米技术在水污染物检测与治理中的应用基础研究.doc

项目名称:纳米材料与纳米技术在水污染物检测与治理中的应用基础研究首席科学家:逯乐慧中国科学院长春应用化学研究所起止年限:2010年1月-2014年8月依托部门:中国科学院一、研究内容本项目的主要研究内容包括:纳米材料的设计及制备(1)针对特定水污染物检测设计相应纳米结构材料从水中污染物检测的特殊需求出发考虑材料设计1)针对低浓度重金属污染物,设计半导体纳米线、金属纳米簇、金属纳米粒子、半导体、氧化物纳米粒子以及它们的复合纳米材料;基于DNA或有机配体与特定金属污染物的相互作用特点,设计无机/有机杂化纳米材料。依据在痕量重金属污染物存在下,纳米体系的颜色、光谱强度(如荧光、紫外、拉曼等)、电化学信号等变化实现重金属污染物检测的目的;结合磁性纳米粒子的富集作用实现痕量污染物的超灵敏检测。2)针对水中其它无机和低浓度有机污染物,结合表面增强拉曼光谱、荧光光谱、紫外吸收等谱学与电化学等手段,设计金属纳米材料及发光纳米材料等。依据在痕量有机污染物存在下,纳米体系颜色、拉曼光谱峰位及强度、荧光和紫外吸收光谱强度、电化学信号等变化检测低浓度有机污染物。3)针对水体中有机污染物总量的测定,扩展新颖光催化材料TiO2的制备方法,发展复合的纳米材料用于BOD、COD、DO(三氧)的检测。4)针对不同的污染物/纳米材料体系,同时开展理论计算研究。如利用量子化学方法模拟纳米材料与污染物作用后复合体系的电子结构,同时结合非平衡格林函数方法计算体系的电子输运特性,从而设计出可靠的检测方案。力求在具体模拟研究过程中不断积累,从而优化出具有本课题科研特色的新算法、新程序的专用模拟软件包。在拥有自主知识产权的专用算法程序包后,不但可以逐步摆脱专用模拟软件长期依赖进口的现状,而且应科研实际需要,可以不断扩充先进的算法和新颖的模拟功能。从水中污染物治理的特殊需求出发考虑材料设计1)***、***以及重金属等污染物,制备铁基多孔纳米磁性材料,依据微观界面研究,对其表面进行功能化修饰,实现对***、***、重金属高容量选择性吸附,建立高容量、高选择性吸附剂表面结构调控方法,发展吸附除***、除***、及除重金属技术。、低浓度疏水性的持久性有机污染物,研制以纳米孔材料为主体的表面功能化的高选择性高容量的吸附剂。研究表面官能团化学特性与有机污染物的关系,揭示吸附选择和增容的原理,发展高效吸附去除难降解、低浓度疏水性的持久性有机污染物的技术。2),设计高度有序的大孔复合金属、金属氧化物和半导体纳米结构薄膜,通过调节实验条件实现不同组成和孔结构(如大孔/中孔、大孔/介孔)的优化组合,从而大幅度提高污染物的降解性能。、氧化物及半导体纳米线和纳米管阵列,通过在其表面修饰不同纳米材料实现污染物的高效催化降解。,使之具备很强的吸附功能,再将催化剂粒子均匀分散到微孔结构中,使催化反应能够在被吸附物富集的区域发生。组成复合薄膜的纳米粒子可以是金属、半导体、绝缘体、有机高分子等材料,而复合薄膜的基体材料可以是不同于纳米粒子的任何材料。(2)根据设计思想制备特定纳米材料1)纳米材料制备方法的多元化纳米材料具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应,使得不同尺寸、形状、组成的纳米粒子具有不同的电化学活性、催化活性、光电等性质。因此,发展新型纳米分析材料的设计和合成方法,实现纳米材料尺寸、形状、组成可控十分重要。针对不同的研究对象,采用水热合成、溶剂热合成、模板法、微胶束法、热分解法、自组装法、湿化学、超声、微波、气相沉积法、电化学等方法,制备出高质量单分散性好的纳米材料,所得到的纳米材料应具有高的反应活性,较广泛的溶解性和较好的稳定性,便于进行化学修饰和功能化,以适应在环境保护中的应用。2)纳米材料的多元化污染水体中含有各种低浓度、高毒性、难降解的污染物质,不同污染物性质差异大,因此,它们的特异性检测和选择性去除要求纳米材料制备的多元化。本项目拟开展多种纳米材料的制备研究,包括金属,量子点,氧化物、无机/有机杂化材料,纳米簇,硅基纳米材料、碳基纳米材料、磁性纳米材料、多功能复合纳米材料等,并将其用于不同的分析对象和检测方法。3)纳米材料制备的可控化深入研究纳米材料形成机理,优化控制合成方法并总结规律,开拓和发展拥有自主知识产权的用于典型水污染物检测和治理的新型纳米材料制备技术,建立对该体系结构参数可调控的新原理,新方法。4)纳米材料制备的环境友好化以绿色合成和加工技术为导向,发展环境友好的纳米材料制备技术是本项目的一个基本考虑,发展制备方法和过程的环境友好化,避免在环保应用中产生二次污染。、高毒性、难降解污染