水体新污染物非靶筛查

金砖国家发明展金奖

第二

3

新污染物（ECs，抗生素、微塑料等）在水生态系统中因其复杂来源和多样传播途径备受关注，其毒性、生物累积性和持久性对水生生物和人类健康构成潜在威胁。这些污染物的时空分布呈现出复杂多样的特点。不同季节、不同水域的水体中ECs浓度存在显著差异，且随着时间推移呈现出动态变化的趋势。这种时空分布的不均衡性给水环境保护和治理带来了极大的挑战，需要深入研究其规律。而ECs的分布受多种因素影响，包括人类活动、地形地貌、气候条件等。水源区及其周边地区的工业排放、城市污水排放、农业活动等都可能成为新型污染物的重要来源。

该项目开发了一套综合广谱非靶筛查和系列特异性非靶筛查方法的新污染物高通量筛查与定量技术。该技术在广谱非靶向筛查基础上，针对不同类型新污染物开发了系列特异性非靶向筛查技术。同时，构建机器学习预测模型，对非靶向筛查中的未知新污染物进行了准确定量。该方法在丹江口水库、长江等多个流域的新污染物分布规律、环境行为和去除技术等方面的研究中取得了良好的应用效果。其中，中心实验室基于该方法建立了丹江口水库抗生素和内分泌干扰物等新污染物检测分析方法，正在开展新污染物分布规律、环境行为和去除技术等方面的研究工作。

目前，“水体新污染物非靶筛查”项目于2023年取得了一项授权国家发明专利“同时包含已知和潜在未知转化途径的抗生素转化产物识别方法”（ZL 2023 1 1132075.0）。2024年，经中国发明者协会选拔并推荐，参加俄罗斯喀山举行的首届金砖发明展（BRICS-Inventions），获得金奖；参加第76届德国纽伦堡国际发明展（International Exhibition of Inventions Nuremberg），获得银奖。“水体新污染物非靶筛查”项目是重点实验室与北京大学孙卫玲老师团队合作，围绕南水北调中线水源区生态环境保护及调水水质安全的重大需求，为开展关于丹江口水库流域新污染物分布及其生态风险研究而进行的合作。

南水北调中线水质试点检测及分析

河南省水利科技创新成果奖一等奖

第一

1

氮素负荷过大是影响丹江口水库与干渠水质安全的主要因素之一。污染源溯源及精确治理是水源地保护的重要途径。水利与生态环境保护行业中，长期以来并没有能够快速而准确的解析污染源的方法，在南水北调核心水源区建立新型高效的新方法显得尤为重要。《丹江口水库水体氮素溯源研究》在丹江口水库及入库河流布设26个采样点，进行了连续24个月采样和监测工作，测定了水质5项基本参数、主要离子浓度及硝酸盐氮氧稳定同位素等指标，基于不同污染源离子组成差异，首次选取Cl^－/TN、SO₄^2－/TN和Na⁺/TN作为点源污染溯源指标，K⁺/TN、Ca²⁺/TN和Si/TN作为面源污染溯源指标，创造性地建立起特征离子/TN的定量分析面源和点源污染负荷的方法。此外，项目组利用相关技术，选取干渠沿线10个监测站点，连续进行了25个月大气、水文、水生物等数据监测，经过模型建立与数据分析和模型建立，取得如下成果：（1）南水北调中线干线河南段水质稳定，所监测的水质指标在时空尺度上无显著性差异。（2）干线河南段PM2.5和PM10浓度在空间尺度上呈现由南到北逐渐增高的趋势；时间尺度上季节变化明显，冬季较高，其他季节较低。（3）干线河南段干沉降中TN浓度和TP浓度均值分别为2 mg/L和0.025 mg/L；湿沉降中TN浓度在0.44~10.76   mg/L之间，空间尺度上差异不显著。（4）建立的一维水质模型和二维水质模型较好地反映干线的水流动力学和污染物输移特点。（5）水文过程对水质的影响程度最高。因此通过改善沿线大气环境和生态调度对保障水质稳定提升具有重要作用。该研究为南水北调中线干线工程建设管理局提供重要咨询报告一份，为后期干渠氮素治理提供重要理论支持。

由南阳师范学院牵头、中国南水北调集团中线有限公司渠首分公司和南阳市水利技术推广服务中心共同申报的2024年河南省水利科技创新成果评选中荣获基础与应用研究类一等奖，并获得第六届中国青年志愿服务项目大赛水利专项赛一等奖。

高掺量工业固废泡沫混凝土制备关键技术与成套装备

河南省科技进步奖二等奖

第二

2

南水北调中线水源区属于储量丰富的多矿藏地区，铁、铜、锌、铅、锑、钼等遍布水源区。国家禁止开采后，留下大量的余矿、尾矿、矿渣，对丹江口水库水安全构成严重威胁。实验室王利亚、李波教授与华泰恒生科技发展（北京）有限公司等单位进行产学研合作，开展高掺量工业固废泡沫混凝土关键技术及成套装备研究。通过研发多种固废激活及复合掺合料、新型泡沫剂、智能泡沫轻质土生产装备、高掺量固废泡沫混凝土制备工艺、特殊应用工艺等关键技术，解决了泡沫混凝土专用固废掺和料通过固废激活改性、多种类固废、危废应用、高掺量固废泡沫混凝土制备工艺等关键技术难题，研发出高掺量工业固废泡沫混凝土及其专用固废掺合料、新型泡沫剂、智能化生产装备等新产品。

该项目响应国家工业绿色发展规划、循环经济、固废综合利用政策，符合“碳中和、碳达峰”目标战略，基于固废利用率低下的难题，研发了钢渣、金属类矿渣等多种类固废活化利用及高比例应用的关键技术，实现了泡沫混凝土固废利用比例由30%以下提升至70%的节材降碳、资源综合利用技术创新。发明了复合固废掺合料及其制备方法，新型系列泡沫剂。提升了固废资源化利用率，推动泡沫混凝土轻质建材行业向绿色低碳方向变革，符合河南省28条重点产业链中的“绿色建筑材料产业链：成果经第三方科技成果评价，总体达国际先进水平。

通过项目实施，已实现高掺量工业固废泡沫混凝土年产能50万m³/年、年应用固废约20万余吨、年生产智能化装备90台套的生产能力，对行业环保低碳产品技术开发及应用具有显著的推动作用。技术产品入选河南省科技厅2022年度《河南省绿色低碳先进技术成果目录》，入选《国家工业资源综合利用先进适用工艺技术设备目录（2021版）》，近三年新增销售额3.38亿元，经济效益显，社会效益、环境效益优良。尤其对南水北调中线水源区生态安全与环境保护发挥了重要作用。经科技成果评价，达国际领先水平。2024年获河南省科技进步二等奖。

富铋型卤氧化铋材料及其光催化应用

河南省自然科学奖二等奖

第一

4

面对全球环境污染这一紧迫挑战，光催化技术因其绿色、可持续的特性，在污染治理领域崭露头角，吸引了众多科研人员的关注与探索。然而，传统光催化剂在实际应用中遭遇了显著的性能限制，特别是导带位置偏低和光生电子-空穴对易复合两大难题，这极大地削弱了它们的还原能力和光能利用效率，限制了其在环境光催化领域的广泛应用。在此背景下，富铋型卤氧化铋材料凭借其独特的富铋结构脱颖而出，成为环境光催化领域的新星。通过显著提升材料中的铋含量，成功地将富铋型卤氧化铋材料的导带位置提高至一个更高的水平，从而极大地增强了其光催化还原能力。这一特性使得富铋型卤氧化铋材料在降解环境有机污染物和还原重金属离子方面表现出色，展现出了卓越的性能。

研究团队进一步通过对富铋型卤氧化铋材料的晶面效应进行精细调控，优化了其催化活性，显著提升了污染物降解效率。这些努力不仅巩固了富铋型卤氧化铋材料在环境光催化领域的领先地位，更为其未来的广泛应用奠定了坚实的基础。此外，富铋型卤氧化铋材料在光催化性能提升方面的创新方法，也为整个环境光催化领域的发展带来了新的契机。研究团队通过构建异质结构和采用固溶体策略，有效地促进了光生电子和空穴的分离，进一步提高了光催化转化效率。这些创新方法不仅显著提升了富铋型卤氧化铋材料自身的性能，更为其他高性能光催化剂的设计提供了宝贵的经验和重要的参考，推动了整个光催化领域的持续进步与发展。这一代表性研究成果无疑为环境光催化领域注入了新的活力，展现了光催化技术在解决全球环境污染问题中的巨大潜力。

这一系列研究充分清晰的阐明了光催化过程中的富铋工程、晶面效应、异质结和固溶体策略等在卤氧化铋材料光催化过程中的独特之处，是光催化研究领域中一个重要的理论突破，为合理设计其他高性能光催化剂提供了重要的理论指导。2015-2021年间发表代表性论文8篇，均为SCI一区论文，其中ESI高被引论文5篇，共被他引1646次。本项目最终获得河南省2024年度自然科学奖二等奖。

异核分子基光、磁、催化功能材料的合成及其性能研究

河南省自然科学奖三等奖

第三

1

新型环境保护材料的研发制备与环境毒性评价是当下生态环保领域的重要课题。通过先进技术制备纳米、多孔、复合吸附、催化、分离材料，用以去除各类环境介质中的有机污染物及重金属污染物。纳米材料的独特性质、多孔材料的高比表面积以及复合材料的综合优势，都为解决环境污染问题提供了有力支撑。

以具有响应型金属有机框架（MOF）材料为主要研究对象进行基础研究。首次在MOF体系中实现了基于客体水分子快速、可逆的铁电开关响应，并在原子水平上揭示了MOF限域的极性水分子组装体系产生铁电极化的微观机理。首次利用光响应型配体和铜离子组装MOF材料，实现铜基-MOF可见光催化质子还原，并揭示了其内部长程有序的π共轭体系促进光生电子和空穴的有效分离的机理，成功实现了光致变色、光控荧光材料、pH荧光响应、压电开关等新型功能环保材料的研制。相关成果引领并极大地推动了该材料行业的发展。研发新型环境功能材料，吸附和转化废水中的油污、胶体悬浮物、阴阳离子以及大分子有机物。成功开发的三维网络结构的壳聚糖-聚乙烯醇/粘土纳米复合高效脱汞吸附剂为含汞废水的有效处理提供了新材料，该材料的成功上市将在一定程度上填补我国在高性能除汞材料方面的空白；成功开发的含汞废水高效吸附除汞技术，将为氯碱工业、铅锌矿冶炼、黄金冶炼、油气田开采等涉汞行业含汞废水的有效处理提供了新材料、新方法和途径，为我国汞污染的有效防控提供了重要的技术支撑。

这项研究工作中，关于“含氮官能团如-NH₂、-NHCOCH₃和-C=N基团等是实现材料高效、高选择性地吸附Hg(II)离子的根本原因”的发现，为更加新型、高效脱汞材料的开发提供了重要指导，极大地推动了汞污染防治材料的开发及汞污染的有效防控。本项目获得了2022年度河南省自然科学奖三等奖。