王爱勤研究员发表吸附材料绿色构筑和可持续利用展望文章

haorizi111

在英国化学工程师协会（IChemE，The Institution of Chemical Engineers）成立100周年之际，协会期刊 Chemical Engineering Research and Design 出版了前瞻性纪念专题。受该杂志的邀请，中国科学院兰州化学物理研究所王爱勤研究员（自2013年起担任该杂志Separation processes主题编辑）等人撰写的水处理用吸附材料绿色构筑和可持续利用展望文章近日在线发表（Perspectives on green fabrication and sustainable utilization of adsorption materials for wastewater treatment, Chemical Engineering Research and Design, 2022, 187, 541-548, https:// doi.org/10.1016/j.cherd.2022.09.006）。
　　近年来，吸附技术因操作简单等优点，成为水处理或物质分离的有效方法，并取得了长足进展。以“吸附或吸附剂”为主题词，在Web of Science上共检索到349,264篇SCI论文(从2012年的23,532篇到2021年的50,640篇)，研究主要集中在化学物理(84,684篇)、材料科学(67893篇)、化学(57124篇)、化学工程(56,546篇)和环境科学(40,790篇)等方面。纵观各种吸附材料，主要围绕提高吸附容量、加快吸附速率、改善选择吸附性和重复使用性等展开研究（图1）。然而，对吸附材料制备过程的环境友好性和成本关注较少，尽管有高的吸附容量或快的吸附速率等，但制备过程本身环境不友好。另一方面，在吸附材料研究过程中，再生应用一直是“被”研究问题，但脱附液怎么处置基本上“秘而不谈”，涉及废弃吸附剂资源化再利用的研究内容更少。因此，在“绿色发展”成为时代主题的今天，发展高性能、低成本和可资源化利用的绿色吸附材料成为研究关注的新热点。这就需要在原料选择、制备策略、吸附剂后处理等方面进行综合评估，既可以降低吸附分离过程的成本，又可以回收有用组分或实现废吸附剂的资源化利用。

图1 传统吸附材料应用过程

　　随着“源于自然、用于自然、融入自然”可持续发展理念的不断深入，同时满足日益多样化水处理对吸附材料的需求，未来需要材料学、化学、环境科学等学科的交叉融合。本展望在分析现有吸附材料存在问题的基础上，提出了绿色构筑吸附材料的几种途径和废吸附剂资源化利用的方向，通过构建吸附材料“绿色制备”和循环利用新途径，最终形成“资源利用-材料开发-环境净化-回归自然”的循环发展模式。

图2 吸附材料绿色构筑和可持续利用

　　王爱勤研究员团队聚焦凹凸棒石、蒙脱石、高岭石等特色黏土矿物基功能吸附材料的构筑。通过物理/化学结构调控和表面功能化改性，构筑了系列黏土矿物基功能吸附材料，揭示了黏土矿物结构特性对功能吸附材料性能的影响规律，发展了黏土矿物表面和层间构筑功能吸附材料的新方法。利用等电点原理一步法创制了黏土矿物基粒状三维网络纳米复合吸附剂，建立了黏土矿物协同天然类表面活性剂和植物油等构筑规整孔道结构功能复合吸附材料的绿色新方法，实现了有机污染物的选择性吸附和稀贵金属离子高效富集分离，发展了多功能和吸附有机污染物矿物功能吸附材料循环再生用绿色构筑新策略，实现了废弃吸附材料的资源化利用，为吸附材料与环境可持续协调发展提供了应用支撑。基于上述研究，先后发表了凹凸棒石基吸附材料（Adsorption of dyes on to palygorskite and its composites: A review, Journal of Environmental Chemical Engineering, 2016, 4: 1274-1294）、三维网络功能复合吸附材料（Superadsorbent with three-dimensional networks: From bulk hydrogel to granular hydrogel. European Polymer Journal, 2015, 72, 661-686）和多孔吸附材料（Preparation of porous adsorbent via Pickering emulsion template for water treatment: A Review, Journal of Environmental Sciences, 2020, 88, 217）方面的综述文章，为 Handbook of Ecomaterials撰写了Nanoscale clay minerals for functional ecomaterials: Fabrication, applications, and future trends和Regeneration and recycling of spent bleaching earth章节。
        文章来源：兰州化物所
        王爱勤，男，理学博士，研究员，博士生导师。1986年7月毕业于兰州大学化学系，1999年6月毕业于中国科学院兰州化学物理研究所获博士学位，2002年在日本作JSPS高级访问学者。甘肃省黏土矿物应用研究重点实验室主任，中国科学院兰州化学物理研究所环境材料与生态化学研究发展中心主任，中国科学院兰州化学物理研究所盱眙凹土应用技术研发中心主任；中国科学院盱眙凹土应用技术研发与产业化中心主任，江苏省凹凸棒石黏土产业技术创新战略联盟理事长，江苏省盱眙凹凸棒石黏土行业协会副理事长，中国非金属矿工业协会粘土矿物专业委员会副理事长，中国非金属矿工业协会理事，中国硅酸盐学会非金属矿分会理事，中国土壤学会土壤修复专业委员会委员，兰州大学兼职教授。2002年入选甘肃省“555创新人才工程第一层次人选；2011年江苏省“双创人才”计划；获国务院颁发的政府特殊津贴；2012年度江苏盱眙县年度人物，2012年度中国科学院院地合作先进个人，2013年获中国产学研合作创新奖，2014年江苏省淮安市劳动模范，2015获淮安市首届“最美科技人”荣誉称号，2016年获中国科学院“优秀共产党员”称号和“朱李月华”优秀导师奖；2016年入选中科院“特聘研究员(特聘骨干人才)”。担任Chemical Engineering Research and Design、Current Environmental Engineering、Iranian Polymer Journal、Journal of Engineering and Technological Sciences和Green and Environmental Chemistry杂志编委。先后主持完成和正在承担包括国家自然科学基金、863、中国科学院“西部之光”、江苏省科技支撑和甘肃省科技支撑等项目40余项；在国内外刊物上发表论文480余篇，出版专著6部；申请发明专利82件，其中授权40件；获省部级成果奖10项。