科学研究

近日，我院2020级硕士研究生王晓燕在“纳米Fe-Ca双金属氧化物改性基质强化人工湿地除Cu(II)和Ni(II)的性能及机理研究”方面取得了重要进展。以“Enhanced effect and mechanism of nanoFe-Ca bimetallic oxide modified substrate on Cu(II) and Ni(II) removal inconstructed wetland”为题的论文发表在国际期刊Journal of Hazardous Materials（SCI一区TOP，IF=14.224）。青岛大学为第一作者单位，王晓燕硕士为第一作者，孔范龙副教授、王森副教授为通讯联系人。此研究得到了国家自然科学基金（42277495）、山东省自然科学基金（ZR2020MD006，ZR2019MD042）、山东省高等学校青创科技计划（城镇污水高效治理与资源化利用技术）的资助以及山东大学教育部南水北调东线河湖生态健康野外科学观测研究站的帮助。

电镀废水中的重金属污染物如铜（Cu）、镍（Ni）等对水资源造成了严重的污染，引起了世界各国的广泛关注。本研究将Fe₂O₃纳米颗粒（Fe₂O₃NPs）和CaO纳米颗粒（CaO NPs）负载在沸石球载体上，制备纳米Fe-Ca双金属氧化物（Fe-Ca-NBMO）改性基质，并将其引入CW系统（CW-ML）中，构建“基质-微生物”体系，探究其强化除Cu(II)和Ni(II)的机理。结果表明：(1)在pH = 8时，Cu(II)和Ni(II)的吸附容量达到最大（分别为723.68和411.40 mg/kg）；Fe-Ca-NBMO改性基质对Cu(II)和Ni(II)的去除效果优于砾石（分别为2.45和2.39倍，C₀=20 mg/L），且具有良好的化学稳定性；吸附过程符合准二级吸附动力学方程。(2) CW-ML中Cu(II)和Ni(II)的出水浓度始终未超过排放标准（0.5 mg/L）。(3)从CW中“基质-微生物”体系的角度出发，去除Cu(II)和Ni(II)的机理包括两方面。一方面，Fe-Ca-NBMO改性基质会促进表面的羟基对Cu(II)和Ni(II)静电吸附，并促进Cu(II)和Ni(II)与基质表面和环境中的OH^-结合，形成Cu(OH)₂和Ni(OH)₂沉淀；另一方面，Fe-Ca-NBMO改性基质能够促进微生物的产生EPS，增强对Cu(II)和Ni(II)的吸附；能够使抗性微生物（Geobacter、Desulfuromonas、Zoogloea、Dechloromonas和Desulfobacter）以及微生物中的功能基因（copA、cusABC、ABC.CD.P、gshB和exbB）的相对丰度显著增加，提高对Cu(II)和Ni(II)的去除效率。该研究的开展，为CW生态工程在电镀废水处理领域的应用提供理论和机理支持。