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研究组简介
湖泊修复与环境微纳界面过程研究组
    湖泊修复与环境微纳界面过程研究组成立于2000年,主要从事环境固液界面吸附新理论、湖泊富营养化综合治理及生态修复、环境纳米技术等方面的研究。目前研究组含研究员一名、副研究员两名、助理研究员三名、研究实习员一名,已培养及在读研究生六十多人。
 研究领域主要包括:
研究领域:
(1) 亚稳平衡态吸附理论(MEA理论)
 金属、营养盐及有机污染物在天然水颗粒物、土壤、及沉积物上的吸附-解吸作用是影响其在环境中的浓度、迁移、转化、生物可利用性及毒性的重要过程。MEA理论认为,吸附反应终了时,吸附态分子一般不是以唯一的、能量最低的理想平衡态吸附于固体表面,而是以不同微观结构/构型/能量状态的亚稳平衡态结合在固体表面。一个给定的吸附密度值不能唯一确定地表征一个物理化学状态,而是可以对应多个吸附热力学状态。只要用表面浓度或者吸附密度(mol/m2)来表示吸附反应的平衡性质,就会发现现有的热力学理论存在一定的缺陷。由MEA 理论所揭示的传统吸附热力学的缺陷以及修正这些缺陷后所得到的新原理可对胶体与界面化学、环境水化学、土壤化学、地球化学、化学化工、催化与材料等若干领域中与吸附相关的科学与技术问题产生广泛影响。
    当吸附密度不再被当成是一个热力学状态函数,就可以从基本原理中推导出“MEA不等式”。这个不等式指出了吸附平衡常数或者吸附等温线的非常数性,它们可以受到反应动力学过程或者反应物浓度的影响。这大大改变了我们对于很多吸附相关的环境/地球过程/模型的理解。例如,MEA理论预言了“颗粒物浓度效应”和“初始浓度效应”是宏观吸附实验中的根本现象 (J. Colloid Interface Sci., 201, 77, Colloids Surf., A, 151, 127, J. Colloid Interface Sci., 271, 35, J. Colloid Interface Sci., 271, 28, J. Colloid Interface Sci., 319, 385, J. Phys. Chem. C, 113, 17076, J. Phys. Chem. C, 113, 21679, J. Colloid Interface Sci., 338, 284)。这两个现象不能用现存的热力学理论解释,但是符合MEA理论的预测。如果改变吸附剂浓度(颗粒物浓度效应)或者吸附质浓度(初始浓度效应)能影响反应过程的可逆性,那么这种改变就能从根本上影响吸附态分子的亚稳平衡微观结构,进而从根本上影响真实的平衡常数。
    在过去的十年,我们在很多吸附体系中采用如下技术研究了以上两种效应和它们的机理:热力学手段 (J. Colloid Interface Sci., 319, 385),同步辐射的EXAFS/XANES方法(Journal of Colloid and Interface Science, 271, 35, Journal of Colloid and Interface Science, 271, 28, J. Phys. Chem. A, 109, 7648, J. Phys. Chem. C, 111, 10427, J. Colloid Interface Sci., 319, 385, J. Phys. Chem. C, 113, 17076),量子化学计算 (J. Phys. Chem. A, 109, 7648, J. Phys. Chem. C, 113, 17076, J. Colloid Interface Sci., 338, 284),和温度循环扫描技术。
(2)湖泊富营养化治理技术及机理研究
(3)环境纳米技术

 

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