DOI:https://doi.org/10.1038/s44221-024-00195-9

成果简介

        近日，我院2020级硕士研究生吴梦然在徐颖峰副教授和冯华军教授的指导下，以第一作者身份在国际顶级期刊Nature Water发表题为“Sustainable microalgae extraction for proactive water bloom prevention（可持续微藻捕获用于水华主动预防）”的研究论文。报道一种光热磁耦合的悬浮吸附体 (SMAG)，集成了静电微藻捕获，磁收集和太阳光驱动的光热微藻脱附和同步灭杀功能，结合定制化的自巡航系统，实现自然水体微藻的可持续捕获和水华预防。浙江工商大学为该研究工作的第一完成和通讯单位，该工作也得到了新加坡国立大学Ho Ghim Wei教授的指导。国家自然基金和浙江省自然基金资助了该项研究。

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       全球多地正面临水华频发的问题，严重威胁水生态系统、水资源利用以及公众健康。水华的发生难以预测，治理面临多重挑战。研发一种选择性微藻的捕获技术，使水体中的藻密度长期维持在较低水平，可主动预防水华爆发，维持健康水体生态。因此，针对微藻的生活习性和生理特性，该研究开发出具有目标水层悬浮、微藻静电吸附、磁收集、光热再生以及同步灭杀等功能的可持续微藻捕获剂(SMAGs)。

       SMAG是由氨基改性的PDMS (NH2-PDMS) 包裹Fe纳米颗粒(FeNPs) 构成一种柔性复合膜。其中NH2-PDMS使SMAGs在水体中表面带正电，使其能够静电吸附微藻，并有效防止内部的FeNPs被氧化。FeNPs构成的网络结构赋予SMAG软铁磁性和光热转化性质，使其能够进行磁性回收，并在太阳光照下进行微藻的脱附和再生，有效地克服了传统吸附剂一次性使用的限制。通过精确控制成分和结构，可以灵活调整SMAG的密度，SMAGs能够稳定悬浮于特定水层，以满足对不同水体中特定水层微藻的选择性捕获需求。

       SMAGs的灵活设计允许其根据不同规模的水体定制生产，因此能够适应不同的水体环境。通过密度调控，SMAGs能够悬浮在微藻生长的目标水层。利用微藻柔软且带负电的表面，通过表面改性，SMAGs可以高效选择性的捕获微藻。通过磁回收和光热脱附，SMAGs可多次循环使用。将SMAGs与自巡航装置相结合，可在大面积富营养化水域中高效可持续地捕获各种微藻，微藻的选择性高达89.6%，并且可以显著提高水体水质，为主动预防水华提供了一种高效、环保、经济且灵活可扩展的策略。

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图1. 可持续微藻捕获与灭杀的原理图

图2. 户外自然水域中SMAGs可持续的微藻捕获

作者介绍

     吴梦然，环境学院2023届硕士研究生，主要研究方向为水处理及能源资源化应用。以第一或共一作者在Nature Water和ACS Applied Materials & Interfaces发表论文，获得浙江省生态科技竞赛二等奖、浙江工商大学第七届“互联网+”大学生创新创业大赛金奖各一项等荣誉。

     徐颖峰，副教授，硕士生导师，主要从事废水污染物的绿色深度处理和资源化利用研究，2021年底前往新加坡国立大学Ho Ghim Wei教授课题组进行访学交流。主持完成国家自然科学基金1项、省部级项目3项，参与国家重点研发项目3项。近几年，在Nature Water，Energy Environ. Sci., Angew. Chem. Int. Ed, Nano Energy, Environ. Pollut.等主流期刊发表SCI论文20多篇，授权发明专利12项。入选浙江省高校青年优秀人才，获“中国硅酸盐学会”优秀博士学位论文，中国商业联合会科学技术奖二等奖等荣誉。

      冯华军，教授、博士生导师，主要从事废水处理与资源化领域的研究，主持国家自然科学基金、浙江省领雁计划等科研项目20余项，发表高水平论文100余篇，授权中国发明专利80余件，美国、欧盟等国际发明专利4件，参编专著2部，研究成果获中国专利奖（1/4），浙江省科学技术进步奖二等奖（1/9，1/9，2/9）、首届浙江省知识产权二等奖（1/4）、环境保护科学技术奖二等奖（2/9）等省部级以上奖项11项。指导学生获第六届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛金奖等国家级奖项6项、省部级奖项9项，入选国家生态环境保护专业技术青年人才、浙江省青年人才，获第十三届发明创业奖人物奖。