近期，我校资源与环境工程学院陈天虎教授纳米矿物与环境材料团队基于矿物材料，在环境温度下低浓度甲醛净化、土壤环境中磷的归趋、抗生素废水处理等研究方面取得系列新进展。相关研究成果已在著名期刊《Environmental Science & Technology》《Water Research》和《Applied Catalysis B: Environmental》上发表。
甲醛是室内空气主要污染物之一，对眼睛、鼻腔、呼吸道粘膜等组织具有强刺激性和毒性。虽然锰氧化物等过渡金属氧化物作为催化剂在甲醛降解中被广泛应用，但存在所需净化温度高，反应活性物种不明确等问题。为解决上述问题，团队以针铁矿作为硬模板剂，制备了系列MnO2@FeOOH复合净化器滤芯填料，可实现室内空气中甲醛和有害病菌双重净化效果。成果于2022年7月以“Ultrathin MnO2-Coated FeOOH Catalyst for Indoor Formaldehyde Oxidation at Ambient Temperature: New Insight into Surface Reactive Oxygen Species and In-Field Testing in an Air Cleaner”为题发表在《Environmental Science & Technology》上（图1）。我校博士研究生王灿和韩正严为论文共同第一作者，青年教师邹雪华和陈天虎教授为论文共同通讯作者，合肥工业大学为论文第一单位，美国康涅狄格大学为论文合作单位。
图1 MnO2@FeOOH复合净化甲醛和病菌效果
方解石是土壤环境中最常见的碳酸盐矿物，被认为是处理金属污染的有效稳定剂。Cu(II)活化氧化剂降解有机污染物能力有限，而固相铜（包括铜的氧化物和络合物等）能有效活化氧化剂处理有机污染物。综合两者优势，团队首次利用方解石将溶液中Cu(II)转化成固相铜活化过硫酸盐，实现抗生素有机污染物的高效处理。成果于2022年7月以“The synergistic effect of calcite and Cu2+on the degradation of sulfadiazine via PDS activation: A role of Cu(Ⅲ)”为题发表在《Water Research》上（图2）。我校博士研究生孙付炜为论文第一作者，刘海波副教授为论文通讯作者，合肥工业大学为论文第一单位。
图2 Cu2+/方解石/PDS共活化降解有机污染物
土壤环境中磷的归趋与矿物吸附/解吸过程密切相关，同时也受制于共存含氧阴离子团影响。团队结合吸附实验和DFT模拟计算，深入探究了环境中不同pH条件下硅酸阴离子团和磷酸根在针铁矿表面的竞争吸附行为，揭示了硅酸阴离子团对针铁矿表面不同位点类型吸附磷酸根的影响规律。这项工作不仅丰富了针铁矿表面含氧阴离子表面络合结构的知识体系，还有助于对自然环境复杂多组分系统中无机盐在氧化铁上吸附行为的理解。成果于2022年1月以“Understanding competitive phosphate and silicate adsorption on goethite by connecting batch experiments with density functional theory calculations”为题发表在《Environmental Science & Technology》上（图3）。我校博士研究生陈平为论文第一作者，陈天虎教授、Prof. Xin Zhang、Prof. Kevin M. Rosso为论文共同通讯作者，合肥工业大学为论文第一单位，美国西北太平洋国家实验室为论文合作单位。
图3 针铁矿对硅酸、磷酸根的竞争吸附
随着全球抗生素消费量迅速增长，大量未被利用的抗生素通过城市污水处理厂、雨水淋滤或堆肥处理等途径进入地表水、地下水及土壤，对人类健康和生态平衡构成巨大威胁。因成本低廉、操作简单等特点，以零价铁、氧化铁和负载型铁基为催化剂的非均相芬顿催化技术被广泛应用于抗生素处理，但仍存在催化剂电子选择性差、易产生铁泥、回收再利用困难等问题，直接导致有机废水处理成本增加。为解决上述问题，团队以天然纳米矿物鲕状赤铁矿为前驱体，通过高温硫化方法，制备了具有多孔结构、高化学反应活性和可回收利用的磁性非均相催化剂，实现了水体中四环素快速降解和矿化。成果于2020年1月以“Sulfurized oolitic hematite as a heterogeneous Fenton-like catalyst for tetracycline antibiotic degradation”为题发表在《Applied Catalysis B:environmental》上（图4）。我校博士研究生王汉林为论文第一作者，刘海波副教授为论文通讯作者，合肥工业大学为论文第一单位。
上述研究依托纳米矿物与污染控制安徽普通高校重点实验室平台，相关研究工作得到了国家自然基金、安徽省自然科学基金和中央高校基本科研业务费专项等项目资助。
图4 四环素降解和矿化过程
论文链接：
1. Environmental Science & Technology:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.est.2c02663
2. Water Research:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135422004821
3. Environmental Science & Technology:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.est.1c03629
4. Applied Catalysis B: Environmental:https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2019.118203