硼基微孔材料的构筑及其重金属吸附位点的原子级尺度表征

Heavy metal ions, such as Cd2+,Pb2+,Hg2+, are toxic to human beings. In order to reduce the content of heavy metal in our environment, developing high efficient heavy metal absorption materials for heavy metal pollution treatment become an emergency research topic. For designing high efficient crystalline absorbent materials, understanding the crystal structure of the materials is the crucial factor for exploring material applications. In the proposal, we are targeting to design and synthesis of novel microporous borates for heavy metal pollution treatment. Based on their performances on heavy metal absorption efficiency, by determining the heavy metal ions atomic positions in the channels of microporous borates with different diffraction techniques and other feasible structure determination techniques. We are aiming to identify the structure and performance relationship of different as-synthesized microporous materials. Based on understanding the structure-performance relationship, we will optimize the design and synthesis steps. We are looking forward to developing a few highly efficient microporous borates for heavy metal absorption in industry.

重金属污染， 尤其是镉(Cd)、铅(Pb)、汞(Hg)等重金属的污染给人类健康带来了巨大的威胁。开发高效新材料用来吸附重金属污染离子成为重金属污染处理的关键。在新型材料的开发过程中，材料的组成与结构与性能之间有着非常重要的直接联系。本项目拟以硼酸盐微孔材料为载体，着眼于新型微孔硼酸盐的设计开发，以及不同材料对重金属污染离子的吸附效果，拟采用不同衍射技术在原子尺度内探究重金属在微孔硼酸盐中的三维空间作用位点。基于对材料与重金属离子作用位点的研究，进一步探究材料结构与吸附功能之间构效关系及其机理。基于对作用位点与作用机理的认识反馈，优化硼酸盐微孔材料的结构设计与合成，力争获得几种高效的具有重金属污染处理工业应用前景的硼基微孔材料，以期用于处理工业环境中重金属污染。

重金属污染使得我国居住环境急剧恶化， 环境污染问题日益突出，给我国人民身体健康带来了巨大的安全隐患。开发高效重金属污染防治材料，对土壤与地下水中重金属防控具有重要的意义。本项目以硼钒酸盐、硅铝酸盐、磷铝酸盐等微孔材料为研究对象，探索重金属污染控制的高效环境材料的开发，并基于材料与重金属原子级尺度相互作用的原子级尺度机制，优化和改进环境材料设计与开发。对当前我国土壤与地下水重金属污染防控具有重要的意义。本项目开发合成了多种硼钒酸盐材料，铁基微孔材料，并有望用于重金属污染的水土修复工程应用，获得了多家企业和新闻媒体的广泛关注。提出了“氧化还原对”、“以土治土”、“电化学相转变”驱动除盐等新的科学概念和机制，对进一步探索系列材料的工程应用提供了扎实的科学支撑和材料选择，对促进水土重金属修复的科学机制及材料开发，具有重要的意义。.基于本项目的资助和研究，课题组在Science Advances, JACS, Nano Letters, Environmental Science &Technology， Journal of Hazardous Materials等杂志发表学术论文20余篇，申请专利10余项，获得广东省环境科学学会和中国环境科学学会奖项各1项。