2023年度江西省自然科学奖

非金属纳米矿物材料的功能化与应用基础研究

主要完成人及所在单位：任嗣利（江西理工大学）、刘娟（江西理工大学）、罗武辉（江西理工大学）

项目以“发挥非金属矿物禀赋特性，构建材料功能属性”为研究思想，在量子化学计算、分子动力学模拟理论研究指导下，通过对矿物材料结构优化、表界面改性和功能化复合等手段，开发了系列功能化非金属纳米矿物材料，深入探讨了矿物材料功能化过程中矿物的本征变化规律、材料构-效关系、表界面复合原理、矿物协同效应等关键科学问题，为高性能非金属矿物材料加工技术水平的提升奠定理论基础，取得了系列重要科学发现。

科学发现一：纳米矿物破乳剂的构筑与纳米破乳理论的创建。通过多尺度实验、量化计算和分子模拟等技术手段，揭示了原油乳液的形成机制，建立了原油乳液“打桩-编织”稳定性理论模型；在国内外首先提出了纳米矿物材料作为新一代破乳剂的思想，形成了纳米矿物材料破乳剂合成的新策略，开发了系列碳基和铝硅酸盐纳米矿物破乳剂，实现了常温下原油乳液的快速、高效破乳，破乳效率最高达99.9%，建立了纳米矿物材料微结构与破乳性能之间的构效关系，建立了“界面效应+外力驱动”的纳米破乳理论，对传统化学破乳理论的丰富和发展具有重要意义。

科学发现二：吸附-降解环境矿物材料的构建与高效应用。针对阴离子废水，发展了双子季铵盐改性蒙脱石制备矿物材料的新方法，提出了多点锚定、分子筛包裹的季铵盐溶出抑制策略，建立了“电荷平衡离子水化驱动”的低水合能阴离子选择性吸附理论；针对废水中有价金属离子特征，通过引入特征有机单体，发展了矿物材料功能化新途径，实现了材料对重金属/稀贵金属离子的高效富集，建立了材料组成结构与材料吸附行为之间的关系机制；针对染料废水，借助表界面改性和功能复合开发出系列新型环境矿物材料，在国内外首次实现利用高级氧化法在无光激发和不使用氧化剂条件下降解染料分子，形成了矿物材料高效处理 染料废水的重要理论与关键技术。