马军

马军
中共党员,教授,博士生导师,中国工程院院士,长期从事饮用水水质净化研究,广泛应用于国内外水处理工程,为饮用水安全保障做出突出贡献

马军,男,1962年7月生,中共党员,教授,博士生导师,中国工程院院士。他长期从事饮用水水质净化研究,创建了以高活性中间价态锰、强氧化性自由基和新生态纳米材料为核心的水处理理论与技术体系,广泛应用于国内外水处理工程,为饮用水安全保障做出突出贡献。获国家杰出青年基金(1998)、长江学者特聘教授(1999)。获国家技术发明二等奖2项(均排名1)、国家科技进步三等奖1项(排名2)、黑龙江省自然科学一等奖1项、技术发明一等奖2项、省长特别奖(重大效益奖)1项(均排名1)。主持国家级课题18项,获美国专利6项、中国发明专利120项(均第一发明人)。发表SCI论文280篇(第一/通讯作者IF 6以上论文129篇),SCI他引13503次,H因子71。

一、创建了以中间价态锰为核心的给水预氧化理论与技术体系,经济高效地强化了常规水处理工艺除污染效能

我国70-80%饮用水水源检出微量有机污染物(雌激素、抗生素、致臭物等),其种类多、浓度低、社会敏感度高。我国90%以上水厂采用的常规处理工艺对此类污染物去除率低于10%。

1. 建立了基于中间价态锰的氧化除污染理论与技术体系。发现高锰酸钾在某些还原剂存在下形成的中间价态锰具有更强的氧化能力,对雌激素、抗生素等的氧化速率比高锰酸钾快几百至数千倍。发现腐殖酸等水体背景成分可络合中间价态锰,提高其稳态浓度及存续时间。行业顶级刊物ES&T副主编Giammar评述“马军等发现中间态锰[Mn(III)]的氧化活性与络合剂配比密切相关;低浓度磷酸根可增大Mn(III)稳态浓度,进而加速有机物降解”。英国皇家化学会会士Francis指出“马军等人发现的锰元素价态变化规律对水处理具有极为重要的意义”。

2.开发了基于高锰酸钾的复合药剂预氧化技术。利用弱还原剂诱导中间价态锰的形成;通过络合剂提高中间价态锰的稳态浓度及存续时间。活性炭既有还原性又有络合性,利用中间价态锰的强氧化性及炭与反应产物(锰氧化物)的吸附性,大大拓宽了污染物去除种类。在不改变现有工艺流程、不大幅增加投资和运行费的前提下,有机微污染物去除率提高至90%以上。获1项美国专利和5项中国发明专利。

高锰酸钾及其复合药剂预氧化、高锰酸钾-粉末活性炭联用已成为我国水源污染的主要应急处理技术,在汶川地震和松花江污染应急中发挥了重要作用,获建设部表彰。成果被列入我国城市供水行业技术进步发展规划、联合国教科文组织《城市水资源管理》技术指南、全国高等学校重点规划教材。高锰酸钾及其复合剂预氧化技术应用于国内外百余座水厂、水站。获国家发明二等奖(排名1)和国家科技进步三等奖(排名2)。

二、创建了以臭氧、过硫酸盐催化氧化为核心的水质深度净化理论体系,开发应用了臭氧催化氧化新技术

我国30-40%的水体受重度污染(IV/V类水体),其中持久性有机污染物(如农药、卤代有机物、硝基化合物)稳定性强、危害大。欧美常用贵金属(铂、钯等)催化臭氧降解此类污染物,但工程投资大、运行费用高。

1.建立了基于廉价过渡金属氧化物的臭氧/过硫酸盐催化氧化理论体系。发现过渡金属氧化物可催化臭氧/过硫酸盐氧化。通过调控铁、锰、铝、铜、钛、镍等氧化物表面羟基密度及零电荷点等微界面性质,快速、大量地捕获臭氧/过硫酸盐,形成亚稳态络合物,基于内电子转移诱发链式反应,生成强氧化性羟基自由基/硫酸根自由基,高效快速地降解持久性有机污染物。国际顶级期刊ES&T副主编von Gunten高度评价了该发现的重要意义;著名催化专家Kasprzyk在Appl.Catal.B(IF: 11.6)上撰写的臭氧催化氧化进展中1/3篇幅正面引用了该成果;欧洲科学院院士Dionysiou指出“马军等提出了全新的、可便捷催化过硫酸盐氧化的方法”。

2. 开发了系列臭氧催化氧化深度处理技术。利用界面诱发自由基的原理,开发出一系列高效低成本的催化剂、催化反应器及成套催化氧化技术装备,打破了欧美主导的贵金属臭氧催化氧化思维定势,成本不足贵金属催化工艺的1/10;开发了臭氧梯级催化氧化工艺,分别发挥臭氧及羟基自由基的优势,在高效分解持久性污染物的同时抑制溴酸盐等有害副产物生成。获1项美国专利和22项中国发明专利。

首次将臭氧催化氧化工艺应用于大规模水厂,与生物活性炭有机结合,在嘉兴市和淮河重污染流域源水深度处理工程中应用,使IV/V类受污染水处理后达国家饮用水卫生标准;相关技术推广至52处水处理工程。获国家发明二等奖(排名1)。

三、创建了以新生态纳米颗粒界面性质调控为核心的吸附理论与技术体系,在饮用水水源重金属污染应急和水厂升级改造中发挥重要作用

 我国突发性重金属污染事件频发。重金属毒性大、富集性强,现行工艺对重金属处理效率低、成本高。重金属污染控制是饮用水安全保障领域的难题。

1.建立了新生态纳米颗粒与重金属作用的理论体系。发现新生态纳米铁、锰氧化物分散度高、比表面积大、表面活性基团丰富、水化层薄,对重金属有优异的吸附性能。建立了新生态纳米颗粒与重金属作用的动力学模型,从纳米颗粒结构、表面电荷种类及密度、水动力学直径、固-液界面成分等角度阐明了纳米颗粒与重金属的作用机制,形成了系统的新生态纳米颗粒除重金属理论体系。Ozone Sci.Eng.主编Graham评述“马军等提出的新生态纳米金属氧化物除砷效率远高于传统三价铁盐除砷效率”。获省自然科学一等奖(排名1)。

2.开发了基于新生态纳米颗粒界面特性的重金属污染控制技术。利用氧化还原反应改变重金属价态及形态,通过药剂复配调节颗粒微界面成分与结构、表面电荷、稳定性等,高效去除不同种类、形态和浓度的重金属。发明了水厂原位产生新生态纳米颗粒的方法和反应系统。该技术运行成本低,操作管理方便,可根据现场水质特征灵活调控工艺条件,处置复杂重金属污染事故。2010年广州亚运会前夕,北江流域爆发剧毒重金属铊污染事件。痕量铊极难去除,当时全球范围内尚无饮用水除铊先例。北江流域水质安全形式严峻,处理不当会严重影响社会秩序及居民健康,产生国际负面影响。马军团队将该技术应用于北江流域三十一座水厂(日供水量300万吨,服务人口600万),保障了下游地区供水安全及亚运会顺利召开,获当地政府表彰。

发明了利用亲水改性膜截留纳米颗粒的技术,在膜表面动态形成具有良好孔隙结构和优良过滤性能的纳米颗粒滤层,大幅提高重金属去除效率、降低膜运行能耗,同时解决了膜表面有机污染的国际难题。主持设计了首座无外加动力的膜水厂,膜反冲洗次数及运行能耗不足现行超滤工艺的五分之一。新生态纳米颗粒除重金属技术获3项美国专利,被国际水协列入饮用水除重金属“最佳实用技术指南”。获省科学技术一等奖(排名1)。

获中国青年科学家奖、长江学者成就奖、可持续发展水奖(英国皇家化学会)。美国化学会授予他“科学卓越荣誉奖”,并以"In Honor of Prof. Jun Ma"为国际会议副标题,表彰他在水质净化领域的原创性贡献。《J Hazard Mater》(IF 6.4)以Dedicated to Prof. Jun Ma出版高级氧化理论与技术专刊,《Sep Purif Technol》(IF 4.3)以Dedicated to Prof. Jun Ma出版饮用水消毒副产物控制专刊,表彰他在饮用水水质安全保障领域做出的学术贡献。

他严谨求实,勇于创新,始终工作在教学科研第一线,培养了大批水处理人才,2名获全国优秀博士论文奖,2名获提名奖。

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