在人類(lèi)活動(dòng)的影響下，生物所需的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大量進(jìn)入湖泊、河湖、海灣等緩流水體，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化。在外界溫度條件合適的情況下，富營(yíng)養(yǎng)化水體會(huì)引起藍(lán)藻迅速繁殖。密集爆發(fā)的藍(lán)藻會(huì)導(dǎo)致水中溶解氧迅速下降、水質(zhì)惡化，從而引起水生動(dòng)物的大面積死亡，破壞生態(tài)平衡。此外，藍(lán)藻死亡時(shí)或者其細(xì)胞破裂時(shí)還會(huì)釋放出多種藻毒素，也會(huì)傷害水生動(dòng)物以及飲用受其污染水體的牲畜，導(dǎo)致人體出現(xiàn)多種疾病。水體富營(yíng)養(yǎng)化在我國(guó)正呈現(xiàn)蔓延趨勢(shì)，是一種非常嚴(yán)重且難以處理的水污染問(wèn)題。通過(guò)適當(dāng)?shù)膹U水處理來(lái)阻止氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素過(guò)量排入自然水體，防止水體富營(yíng)養(yǎng)化是解決藍(lán)藻爆發(fā)的根本方法；同時(shí)，對(duì)受藍(lán)藻污染的水體也必須進(jìn)行適當(dāng)處理以保障用水安全。
為了解決水體富營(yíng)養(yǎng)化及其帶來(lái)的藍(lán)藻污染問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家（聯(lián)合）實(shí)驗(yàn)室環(huán)境功能材料研究部研究員李琦及其團(tuán)隊(duì)近期針對(duì)水中氮、磷元素去除、藍(lán)藻殺滅以及藻毒素降解進(jìn)行了研究，取得了系列新進(jìn)展。他們發(fā)展出一種簡(jiǎn)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(guò)改變ce/zr的成分比可以調(diào)控其結(jié)構(gòu)、晶粒尺寸、表面性質(zhì)，從而影響其磷酸根吸附性能。吸附動(dòng)力學(xué)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(dá)到112mg/g，在目前文獻(xiàn)所報(bào)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(yáng)光能進(jìn)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(jiàn)光下具有良好的光催化氧化性能。應(yīng)用于水中氨氮（nh4+-nh3）去除，其在可見(jiàn)光照射下去除率超過(guò)90%，且產(chǎn)生的副產(chǎn)物no3–和no2–低于5%。他們?cè)谘芯恐羞€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(yīng)用范圍。在可見(jiàn)光照射下，tio2-xnx/pdo還展示出對(duì)于藍(lán)藻優(yōu)異的光催化殺滅性能。通過(guò)光催化氧化破壞藍(lán)藻細(xì)胞壁，藍(lán)藻細(xì)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(duì)于藍(lán)藻細(xì)胞不可修復(fù)的破壞，使此殺滅過(guò)程不可逆轉(zhuǎn)。同時(shí)，tio2-xnx/pdo能夠在可見(jiàn)光照射下有效分解藍(lán)藻細(xì)胞釋放出的藻毒素，從而解決了藍(lán)藻處理過(guò)程中常見(jiàn)的藻毒素污染的問(wèn)題。相關(guān)系列研究結(jié)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(guó)家自然科學(xué)基金、金屬所知識(shí)創(chuàng)新工程項(xiàng)目、沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家（聯(lián)合）實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)前沿創(chuàng)新項(xiàng)目、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)項(xiàng)目和教育部留學(xué)回國(guó)人員科研啟動(dòng)基金的支持