近期，中科院合肥研究院智能所刘锦淮研究员课题组孔令涛副研究员等发展了一种环境友好型羟基磷灰石（HAP）一维纳米线吸附材料，可实现对饮用水中氟离子和有机污染物的深度去除。相关研究成果分别发表在Journal of Hazardous Materials、Journal of Colloid and Interface Science、Chemosphere等环境科学类核心期刊上。
研究人员制备了一维超长HAP纳米线，单根HAP纳米线的直径可以达到10nm左右，长度在40-60μm，无论是直径还是长度，都实现了突破性的进展。HAP纳米线容易被制备成HAP吸附滤膜。HAP纳米线可以实现水中氟离子的深度去除，吸附效果是目前同类研究的三倍以上。通过对吸附机理的探究发现，静电吸附和羟基交换机制在氟离子的吸附过程中同时发挥作用。由于HAP的生物相容性，处理后不会对水体造成二次污染，具有很大的应用前景。
▲图1.（a）HAP纳米线的形貌图；（b）Al-HAP纳米线的形貌图；（c）HAP吸附膜的光学照片及其接触角；（d）夹层结构HAP膜的横截面图
研究人员还制备了羟基氧化铝修饰的HAP纳米线（Al-HAP），结果表明修饰后的Al-HAP纳米线对氟离子的吸附去除能力得到进一步提高（从40mg/g提高到90mg/g）。并且修饰后不会影响HAP纳米线的成膜能力。该材料被成功应用到了实际水样的处理中。在对内蒙兴旺庄实际水样处理后发现，Al-HAP能够高效去除其中的氟离子，不受实际水样复杂条件的干扰。
▲图2.（a）HAP纳米线对氟离子的吸附行为；（b）Al-HAP纳米线对氟离子的吸附行为；（c）HAP纳米线对有机物的吸附行为
此外，研究人员还将HAP纳米线应用于饮用水中有机物的去除。通过调控实验参数，实现了对HAP纳米线亲疏水性能的控制。分别制备了亲水性和疏水性的HAP材料，用于有机物的去除实验。选取了以双酚A和双酚S等为代表的8中有机物污染物进行实验。结果表明HAP吸附剂和吸附膜能够对水中的有机物实现高效去除。为了重点挖掘HAP材料的亲疏水性，研究人员又合成了一种夹层结构的HAP吸附膜，实现了HAP膜结构内层和外层亲水性的差异，确保了HAP吸附膜可以同时在水环境和有机环境中发挥作用，从而进一步提高了HAP吸附膜对有机物的吸附能力。
▲图3.（a）HAP吸附膜对氟离子的吸附行为；（b）Al-HAP吸附膜对氟离子的吸附行为；（c）HAP吸附膜对有机物的吸附行为
以上研究获得国家重大科学研究计划纳米专项项目“应用纳米材料和技术去除饮用水中微污染物的基础研究”（2011CB933700）以及国家自然科学基金项目的资助。
文章链接：
www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389415301576
www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021979716308712
www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045653517301777
来源：中科院合肥研究院
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