中科院新疆理化所8月25日訊：飲用水消毒方案顯著減少了水傳播疾病風險，但在此過程中產生的消毒副產物(DBP) 對生態環境和人類健康帶來了嚴重的威脅。地下水和地表水資源中存在一定量的天然有機物 (NOM)，其中腐植酸(HA) 在水處理的消毒（氯化）過程中可以轉化為致癌副產物，如三氯甲烷 、氯仿和二氯乙腈等。HA本身可能成為一種危害的污染物，因為與重金屬結合具有優越的結合力和靜電相互作用，導致金屬-有機復合物的形成，這些復合物使它們從水中的根除變得更加復雜。由于HA及其衍生消毒劑副產品相關的法規和潛在的人類健康問題，在過去的幾十年，水中去除 HA的研究引起了越來越多的研究人員的強烈關注。因此，使用有效技術從水中去除 HA 是世界范圍內的一個非常重要課題。過去研究人員開發了一系列傳統工藝 如混凝、臭氧化、離子交換、吸附，并成功用于HA的處理，不過考慮到它們去除頑固廢物的效率較低，吸附法受到廣泛關注。一些吸附劑（活性炭、赤鐵礦等）相對較高的價格和有限的應用場景，致使人們需要尋找更具成本效益的吸附載體。骨炭 (BC) 因其出色的物理化學性質、易于生產、成本低、生態環境友好以及在修復廢水方面（重金屬和氟化物）取得了突出的效果，其大比表面積特性使其有望成為有機物良好的吸附劑。

基于此中國科學院新疆理化技術研究所分離材料與技術研究團隊與英國諾丁漢特倫特大學研究團隊合作，通過開發一種新型基于低成本和具有自再生功能的牛骨炭(Calf bone char，CBC) 吸附劑工藝來解決全球較為緊迫的HA去除問題。開發的CBC作為HA的超級吸附劑，可以去除92.1-100 %的HA?？蒲腥藛T通過掃描電子顯微鏡進行了表征測試，并通過一系列實驗確定了CBC吸附劑的吸附/解吸和自再生的各種參數。結果表明，制備的CBC具112 m2/g 的高比表面積其吸附量可達 38.08 mg/g（HA = 20 mg/L，pH = 4.0），比水中的典型HA含量高幾倍。與其他類似研究相比時間更短地提高了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%)。吸附動力學模型和 Langmuir 等溫線很好地擬合，表明吸附是通過單層形成進行的。熱力學常數支持吸附的吸熱、自發和可逆性質，可以實現100%的HA去除。為了重復使用 HA 耗盡的 CBC，通過 NaOH 處理實現了 100% 的再生，證明了該過程的可持續性。這一研究成果在國際上首次報道了牛骨炭吸附用于去除水中有機物污染物的可行性。CBC作為一種新的吸附材料，提供了一種經濟且可持續的水預處理工藝，為構建具有成本效益且具有可擴展性的水處理工藝提供了技術指導。

相關研究成果發表在《Chemosphere》雜志上(Chemosphere, 2022, 301, 134673；Chemosphere, 2022, 307, 135756)，新疆理化所為主要參與單位，分離材料與技術研究團隊的阿卜杜克熱木·喀迪爾助理研究員為第二作者及通訊作者。該研究工作得到中科學院新疆理化技術研究所特別研究助理項目以及英國工程和物理科學研究委員會(EPSRC)項目的共同支持。 

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.134673

圖1 （A）吸附劑劑量對HA去除率的影響；  (B）水溶液pH對HA去除率的影響

圖2 （A）偽一階吸附動力學模型         (B） 偽二階吸附動力學模型