在人類活動的影響下，生物所需的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)大量進入湖泊、河湖、海灣等緩流水體，導致水體富營養(yǎng)化。在外界溫度條件合適的情況下，富營養(yǎng)化水體會引起藍藻迅速繁殖。密集爆發(fā)的藍藻會導致水中溶解氧迅速下降、水質(zhì)惡化，從而引起水生動物的大面積死亡，破壞生態(tài)平衡。此外，藍藻死亡時或者其細胞破裂時還會釋放出多種藻毒素，也會傷害水生動物以及飲用受其污染水體的牲畜，導致人體出現(xiàn)多種疾病。水體富營養(yǎng)化在我國正呈現(xiàn)蔓延趨勢，是一種非常嚴重且難以處理的水污染問題。通過適當?shù)膹U水處理來阻止氮、磷等營養(yǎng)元素過量排入自然水體，防止水體富營養(yǎng)化是解決藍藻爆發(fā)的根本方法；同時，對受藍藻污染的水體也必須進行適當處理以保障用水安全。
為了解決水體富營養(yǎng)化及其帶來的藍藻污染問題，中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家（聯(lián)合）實驗室環(huán)境功能材料研究部研究員李琦及其團隊近期針對水中氮、磷元素去除、藍藻殺滅以及藻毒素降解進行了研究，取得了系列新進展。他們發(fā)展出一種簡單、低成本的溶劑熱方法制備出系列成分比的ce/zr雙金屬氧化物納米顆粒，研究發(fā)現(xiàn)通過改變ce/zr的成分比可以調(diào)控其結構、晶粒尺寸、表面性質(zhì)，從而影響其磷酸根吸附性能。吸附動力學研究表明，ce0.8zr0.2o2納米顆粒在此系列樣品中具有最佳的磷酸根吸附性能，其飽和吸附量達到112mg/g，在目前文獻所報道的磷酸根吸附材料中性能最為優(yōu)異。磷酸根在ce0.8zr0.2o2納米顆粒上的吸附遵循內(nèi)球吸附模型，表面羥基發(fā)揮主要作用。利用太陽光能進行光催化凈水處理是解決水體污染的一種很有前景的方法。他們發(fā)展出一種氧化鈀修飾氮摻雜二氧化鈦（tio2-xnx/pdo）光催化材料，在可見光下具有良好的光催化氧化性能。應用于水中氨氮（nh4+-nh3）去除，其在可見光照射下去除率超過90%，且產(chǎn)生的副產(chǎn)物no3–和no2–低于5%。他們在研究中還首次發(fā)現(xiàn)，tio2-xnx/pdo在弱堿環(huán)境下（ph~8）即能有效去除水中氨氮，大大拓展了光催化氧化去除水中氨氮的應用范圍。在可見光照射下，tio2-xnx/pdo還展示出對于藍藻優(yōu)異的光催化殺滅性能。通過光催化氧化破壞藍藻細胞壁，藍藻細胞內(nèi)多種生物活性物質(zhì)發(fā)生泄漏與被分解，從而造成對于藍藻細胞不可修復的破壞，使此殺滅過程不可逆轉。同時，tio2-xnx/pdo能夠在可見光照射下有效分解藍藻細胞釋放出的藻毒素，從而解決了藍藻處理過程中常見的藻毒素污染的問題。相關系列研究結果發(fā)表在chemicalengineeringjournal,264(2015)437（封面文章）、chemicalengineeringjournal,264(2015)728以及chemicalengineeringjournal,268(2015)270。
上述研究工作得到國家自然科學基金、金屬所知識創(chuàng)新工程項目、沈陽材料科學國家（聯(lián)合）實驗室基礎前沿創(chuàng)新項目、中科院青年創(chuàng)新促進會項目和教育部留學回國人員科研啟動基金的支持