环保新质生产力丨面向重金属废水深度净化的荷电重构纳米复合材料研发与应用

生态环保产业作为支撑生态文明建设和高质量发展的关键力量，正面临着转型升级的迫切需求。环保新质生产力，正成为推动产业向前发展的核心力量。本栏目将聚焦生态环保产业的新技术、新装备、新材料、新模式，深入宣传推广科技创新成果，及时发布环境技术进步奖项，全面介绍行业内的实用技术装备和示范工程，引导行业持续创新，加快数字、智慧、科技的融合赋能，为经济社会全面绿色转型贡献力量。

环境技术进步奖

项目名称：面向重金属废水深度净化的荷电重构纳米复合材料研发与应用

项目编号：HJJS-2023-2-07

获奖等级：二等奖

完成单位：燕山大学，秦皇岛天大环保研究院有限公司，唐山钢铁集团有限责任公司，天津润田环境科技有限公司，广东省环境科学研究院，济南赛辰高分子材料有限公司，广州市环境保护科学研究院有限公司

完成人：张庆瑞，武立杰，吴海东，杨雨佳，宋雅然，赵明梅，霍俊梅，邓一荣，刘俊卿，张宇霆，赵璐，和娴娴，王凌生

项目团队部分成员照片（图源：中国环保产业协会）

项目简介

重金属废水的深度去除是水环境质量与水生态安全的必然要求。随着冶金、电镀、化工等工业的快速发展，重金属废水已成为我国最主要的废水来源之一。现有的混凝、沉淀等处理工艺难以满足对水质提标减排的新要求。因此，有针对性地开展重金属废水深度净化技术研发与应用创新具有重要意义和现实需求。纳米复合材料是实现废水深度净化技术创新的重要途径，目前，国内相关技术仍面临纳米粒子团聚失活、受共存基质干扰、工作效能不高的“卡脖子”挑战，燕山大学张庆瑞教授课题组自2011年开始，以高性能纳米复合材料的研发与应用示范为切入点，提出了荷电强化纳米复合材料规模创制方法及对重金属深度降污新机制，并实施了工程应用。主要创新点如下：

1. 发明了一种基于界面荷电重构亚10nm 复合材料规模创制技术

针对现有纳米复合材料存在颗粒易团聚、活性低的难点，本项目通过载体界面构建微电场环境，提出了一种界面荷电重构-提高纳米粒子分散的新策略，应用该技术项目组分别在山东济南和瑞士建成日产量20-50m3纳米复合材料规模生产线两条，实现了高分散、高活性亚10nm (<10nm) 复合材料的规模创制。

2. 建立了界面荷电重构驱动下重金属废水净化新机制

针对真实废水处理场景下，净化过程受共存基质干扰大，降污传质阻滞，纳米粒子应用效能低的难点。本项目揭示了纳米微电场效应耦合有机污染阻隔和强化重金属传质富集新原理；实现了在原子尺度上纳米粒子高活性、高效率利用；较之美国Lewatit FO36系列复合吸附剂，其抗污染性能显著提升，纳米粒子利用率提高5倍以上，实现了 ~90% 亚10 nm粒子快速、高效利用。

3. 研发了纳米复合材料为核心的重金属废水深度净化技术和应用设备

针对不同废水场景，创建了“Fenton氧化+混凝沉淀+纳米复合材料深度净化”和“纳米复合材料阻隔技术”两套集成工艺和应用设备，并在唐山钢铁集团、秦皇岛天大环保研究院有限公司等开展了10余项水质提升、废水深度净化项目，建立河北省产业创新创业团队，相关PCT 专利技术向瑞士 Bluact Technology Co转让。

项目核心成果授权国家发明专利17项，在Environmental Science Technology等国际著名学术期刊发表研究论文42篇，完成国家自然科学基金项目3项；第一完成人基于重金属深度净化方面的贡献荣获教育部青年长江学者、河北省杰青等多个人才荣誉称号。

部分纳米复合材料规模化生产照片（图源：中国环保产业协会）

河北某深度净化水质提升应用装置（图源：中国环保产业协会）

获奖感言

张庆瑞 燕山大学 教授（图源：中国环保产业协会）

重金属废水深度净化与安全控制是确保水质安全的重要手段。我们在研究中始终以国家需求和重大任务为指导，致力于探索前沿科学问题。我们通过创新科技手段，将科学研究成果有效转化为实际生产力，为环境保护事业做出积极贡献。我们的工作坚持深入探索重金属废水净化机理和技术，以确保净化过程的高效性和安全性。在未来，我们将继续努力，不断推动科技创新成果的转化和产业化，以解决环境问题、保障水质安全为己任，为国家的可持续发展贡献更多的力量。

原标题：环保新质生产力|面向重金属废水深度净化的荷电重构纳米复合材料研发与应用