第169次-- 科学与技术前沿论坛

主题报告

面向深度水处理的毫纳结构复合材料创制、净污过程与应用
潘丙才教授南京大学

深度水处理是保障水质安全与生态健康、实现水资源循环利用的内在需求，对推进生态文明、建设美丽中国意义重大。环境功能材料是深度水处理技术创新的核心。21世纪以来，纳米材料与技术的蓬勃发展为深度水处理技术创新提供了新契机，但其规模化应用仍面临巨大挑战。报告人坚持“以技术需求驱动基础创新、以基础研究支撑技术创新”的科研理念，提出了网孔载体与纳米颗粒复合化的工作思路，创制了系列毫纳结构水处理复合材料并发展了功能纳米颗粒构效性能的调控方法，实现了该类复合材料的吨级量产，为突破水处理纳米技术规模化应用瓶颈奠定了基础。继而，报告人系统探究了复合材料深度净污过程中的纳米限域效应，揭示了纳米限域稳定高活性亚稳态相、逆转表面电性、定向转化自由基等显著区别于开放体系的结构与过程特性，阐明了复合材料深度净污的界面过程机制。进而，报告人以含重金属、磷、氟等污废水深度处理场景中基质效应的认知与调控为突破口，发展了络合态重金属、有机磷、聚合态氟等特征污染物形态认知与调控方法，大幅提升了复合材料的实际应用性能；在此基础上，研发成功以毫纳结构复合材料为核心的系列污废水深度处理与资源化技术，并在电子电镀、光伏、制革、矿冶等行业实现工程应用与推广。
有机污染物分析与控制http://videozh.cas.cn/masvod/public/2026/01/13/20260113_19bb69b6923_r36_1200k.mp4
欧阳钢锋教授中山大学

汇报人主要开展有机污染物分析及控制领域的研究。针对痕量有机污染物的分析问题，发展了基于动力学校正和采样速率定量的活体/原位固相微萃取分析技术，并研制了系列基于新型纳米/多孔材料的固相微萃取探针，实现了对多种痕量/超痕量有机污染物的绿色、快速分析。同时针对现有有机污染物处理方法存在的能耗高、效率低等问题，发展了多孔框架限域生物酶催化新技术、光催化高效产过氧化氢技术和过硫酸盐活化新技术。一是通过在酶分子表面原位生长多孔有机框架，解决了酶稳定性差难题；并通过精细调控多孔框架形貌、孔几何结构和界面化学等，创制了系列高性能的生物酶复合催化剂用于有机污染物降解。二是开发了系列电子供体-受体光催化剂，实现了室温下激子的自发分离，同时有效控制了光生载流子的传输和复合，使自然环境条件下光催化产过氧化氢达到可应用水平，进而开发了氧中心有机自由基介导的全异相自芬顿新体系，在实际光强、实际水体条件下实现了高浓度有机污染物的深度矿化。三是揭示了碳催化剂活化过硫酸盐的分子机制，提出了调控活化效率和路径的新策略。
核酸化学修饰的精准分析与表观遗传研究http://videozh.cas.cn/masvod/public/2026/01/13/20260113_19bb6a3ae11_r36_1200k.mp4
汪海林研究员中国科学院生态环境研究中心

DNA胞嘧啶的（去）甲基化直接与多种重大疾病的发生发展密切相关，因其丰度低，通常检测需要用百万个细胞，难以应用于疾病早期样本的检测。我们先后研发出了：“细胞中DNA信号干扰物游离核苷酸的高效去除技术”、“DNA盐桥修饰磁性微纳颗粒的高效富集及原位酶解技术”、“碳酸氢铵增强质谱离子化效率技术”，并集成为一体化的分析系统，将检测限由百万个细胞降低到20个细胞。利用所建立了的方法，发现维生素C具有调控DNA去甲基化活性的辅助因子功能，是关键性突破，为维生素C及类似物的抗肿瘤、免疫治疗等新功能的研究“开启了大门”。通过建立代谢编码的示踪技术与高精准的质谱分析方法，成功地在高等生物果蝇中首次检测到复制后、可调控基因表达的DNA腺嘌呤甲基化修饰的存在 (Cell 封面论文)。该项研究赋予了DNA腺嘌呤甲基化的“第二次生命”。研制了世界先进的毛细管电泳装置，可与超灵敏的激光诱导荧光、分子转动相关的荧光偏振、单分子荧光实时成像等检测技术联用。提出了“近距离作用增强荧光偏振响应”机理；首次将荧光偏振与电泳迁移相结合在单核苷水平精细地测定核酸适配体与蛋白质相互作用；建立了可诱导基因突变、丰度极低的、肺癌标志物DNA加合物的超灵敏分析方法，较经典的32P放射性检测灵敏度提高了三个数量级，从根本上避免了放射损伤。所建立的DNA(去)甲基化的功能分析方法已成为国际上的标杆。与国际上十八家机构合作，开展了表观遗传学研究，在Science等重要影响的学术期刊上发表了系列论文。
从纳米到活体传感的气溶胶毒性感知体系与应用
要茂盛教授北京大学

呼吸健康是当今人类最重要的福祉之一。本报告将针对大气颗粒物毒性与健康效应、新冠肺炎、病原体及耐药基因气溶胶传播等的科研进展进行汇报。首先是气溶胶传播新冠肺炎、耐药基因以及呼气快速筛查方面的工作。通过利用自主研发的呼出气冷凝液采集系统，揭示人体呼吸也是新冠肺炎传播的重要方式，被Science引用作为气溶胶传播新冠疫情的关键证据之一，提供了气溶胶传播的直接证据，保障了北京冬奥会的疫情安全。受邀合作在Science 发文呼吁全球防控室内气溶胶传播呼吸系统感染疾病，在Nature 上发表如何尽早结束疫情政策建议。团队率先揭示新冠肺炎的呼出气挥发性有机物标志物，揭示耐药基因在全球范围内通过空气快速传播，被ACS 以Embargoed News Release 的形势宣传报道。其次是不同颗粒物毒性和健康效应差别。研究发现全球以及中国不同城市的颗粒物毒性存在显著差别，差异高达6.5倍，主要是由于组分存在显著差别。最后，本报告介绍空气污染健康效应实时在线监测体系。课题组集成酵母菌、活体大鼠以及硅纳米线生物传感器等，实现实时监测大气颗粒物健康效应，并集成研发了基于大鼠活体传感实时探测空气污染健康效应的系统，并在全国15个重要城市部署示范监测空气污染健康效应。通过探测人体呼出气标志物可实现人体疾病“烟雾报警器”功能。
低碳水污染控制化学与资源化http://videozh.cas.cn/masvod/public/2026/01/13/20260113_19bb6ac2663_r36_1200k.mp4
张礼知教授上海交通大学

基于碳电子驱动的传统水污染控制思路无法满足可持续发展和碳中和的国家重大需求，迫切需要发展低碳水污染控制化学和资源化新方法。为了解决这一问题，近年来我们团队开辟出铁电子驱动有机污染物低碳转化新途径，开发和量产高活性含氧酸根修饰微米零价铁，发展零价铁常温常压下全氟化合物高效脱氟和铁电子驱动微生物低碳脱氮新方法；提出限域活泼氢驱动有机污染物选择性电化学脱卤和资源化新思路，揭示水分子定向电还原转化为钛电极限域活泼氢的分子机制，发展单原子反向氢溢流电化学还原脱氯和不对称双位点电化学还原脱溴新方法；探索出可再生能源驱动硝氮电化学选择性还原和资源化新策略，发现反向I1Cu4单原子位点高效中性电化学还原硝酸盐产氨，发展氟修饰铜电极高效硝酸盐中性电还原和氨回收新方法，揭示Fe1-Ti双位点自旋极化极大促进电化学还原硝氮制氨过程及其电子自旋依赖分子机制，为硝氮废水高效资源化处理提供了新策略。相关成果奠定低碳水污染控制化学和资源化理论基础，为减污降碳提供绿色技术支撑。

第169次：环境与生态化学