异位修复技术是将受污染地下水体抽提出来，再选用适当的物理、化学、生物或复合方法进行污染物的进一步去除。处理后的出水再进行回灌，以减少由于大量抽提地下水而带来的地面沉降等风险。
主要研究方向：地下水中的重金属污染物氧化/还原技术，以及微生物修复重金属污染及有机污染地下水；污染地下水异位修复过程中半导体功能材料的研究与开发；微生物电化学技术在地下水脱氮中的应用，以及电化学水质传感器的开发和和在线监测；新型碳纳米材料分离膜的结构设计、制备以及水处理性能研究；金属有机配位聚合物的合成及其对水中PPCPs、重金属等的吸附去除。
地下水污染的异位修复技术
（一）膜分离技术及其水处理应用
1. 研究概述
氧化石墨烯（或部分还原的氧化石墨烯）分离膜由于水透过速率高、选择性好以及孔径可精确调控等优点已在水处理领域得到了广泛的关注。然而，如何提高其抗污染性能以及污染后如何再生的问题是一个鲜有研究的重要问题。该问题的解决将会积极推动此新型分离膜的市场化应用。
2. 成果简介
设计并制备了一种具有碳纳米管保护层的石墨烯分离膜。该碳纳米管层能把部分还原的氧化石墨烯分离层机械束缚在多孔基底上，显著提高其在水中的稳定性。而且，该碳纳米管层还可以作为支撑层，使得部分还原的氧化石墨烯分离层可以通过反冲洗实现再生。此外，该碳纳米管层还可以作为微型预过滤系统，通过预截留和预吸附作用提高分离膜整体的抗污染能力。
碳纳米管层的主要作用示意图
3. 今后重点研究内容
针对分离膜具有的透过性与选择性之间的矛盾关系和抗污染性能有待提高这两个基本问题以及新型分离膜膜内污染、制备效率低等问题，我们将尝试采用纳米材料作为膜主体材料，通过提高膜的孔隙率、减小膜厚度、构建垂直贯通的膜孔道、与电化学耦合以及探索新的制备方法等途径来制备具有高水透过性、强抗污染能力、易于再生的高性能分离膜，并探索其在地表水以及地下水异位处理等方面的实际应用。
4. 代表性成果
[1] Gaoliang Wei, Jun Dong, Jing Bai, Yongsheng Zhao*, and Yan Li. Structurally Stable, Anti-fouling and Easily Renewable Reduced Graphene Oxide Membrane with Carbon Nanotube Protective Layer. Environmental Science & Technology, 2019, 53, 11896−11903.
[2] 魏高亮，赵勇胜，董军。一种具有碳纳米管保护层的石墨烯中空纤维膜及其制备方法，发明专利，请号：201910524895.1
5. 承担和完成的主要项目
[1] 超薄石墨烯膜的直接生长制备及其抗不可逆污染性能研究，中国博士后基金面上资助一等，
2018.6-2020.6，负责人：魏高亮。
[2] 石墨烯垂直阵列膜的构建及其表面化学调控增强分离性能机理研究，国家自然科学基金青年基
金，2019.1-2021.12，负责人：魏高亮。
[3] 磺化石墨烯膜的构建及电化学增强其选择性的效能和机理的研究，吉林省科技发展规划优秀青
年基金，2019.1-2020.12，负责人：魏高亮。
[4] 石墨烯垂直阵列膜的构建及其表面化学调控增强分离性能机理研究，中国博士后基金特别资助，2019.6-2021.12，负责人：魏高亮。
（二）微生物电化学技术及其水处理应用
1. 研究概述
在生物脱氮过程中，硝酸盐需经过多阶段还原才能转化为氮气，但是由于环境提供的电子不足，转化不彻底，使得氮氧化物、亚硝酸盐等中间产物累积。而对于电子供体贫乏的地下水来说，受介质的限制，硝酸盐转化效率更低，中间产物累积更多。因此，控制硝酸盐反应过程，减少中间产物累积是地下水氮污染控制必须克服的问题。结合微生物电化学技术与电化学工作站，构建微生物电化学反硝化系统，对反硝化过程实现精准控制，降低中间产物累积，减少碳源投加，为微生物电化学修复硝酸盐污染地下水提供新思路。
2. 成果简介
（1）构建了短程硝化联合自养反硝化微生物燃料电池（MFC），通过控制好氧阴极溶解氧浓度（2 mg/L），实现短程硝化，减少系统曝气量；以缺氧阴极为电子供体，实现自养反硝化，无需额外碳源。系统总氮去除率接近99.9%，阳极有机物化学能转化为电能，产电量高于曝气能耗83.5%，实现了能量输出大于外部输入的生物脱氮。
（2）构建了以MFC为电源的厌氧氨氧化微生物电解池（MEC），MFC提供的电刺激MEC阴极厌氧氨氧化过程，实现系统能量耦合。前人研究表明在厌氧氨氧化过程中厌氧氨氧化菌可以利用氨氮以外的无机物（如，氢气）作为电子供体，本研究证明了电极可作为电子供体刺激厌氧氨氧化过程，实现了厌氧氨氧化与反硝化功能协同，缓解厌氧氨氧化反应速率慢的问题。
厌氧氨氧化MEC示意图 短程硝化联合自养反硝化MFC示意图
（3）构建了同步脱氮、脱盐、重金属（铅）去除的MFC-MEC联合处理系统，协同处理生活污水中的有机碳、氨氮、重金属。在此过程中系统还对海水进行脱盐，海水的加入增强了系统离子强度，产电效率至少增加31.4%，总氮去除率达到95%,铅去除出率达到99%，脱盐效率达到52.8%。
MFC-MEC联合处理系统 MFC-MEC联合处理系统污染物去除率和pH随时间的变化
（4）针对地下水反硝化不彻底、微生物电化学修复效率低，构建三维电极微生物电化学系统，生物碳为导电粒子电极，借助电化学工作站对反应产物进行精准控制，协同微生物电化学自养和异养反硝化，提高反硝化效果和系统运行效率。
3. 今后重点研究内容
除了生物脱氮研究以外，拟开展地下水复合污染物电化学修复方面的研究（如，高氯酸盐、重金属、有机物等），在强化污染物生物处理的同时实现多种污染物的协同去除。此外，在前期水质参数平面电极研制基础上（如，温度、电导率、pH、土壤湿度等），不断提高传感器的精确度、灵敏度和抗干扰性，研发适用于地下水检测的水质传感器。
4. 代表性成果
[1] Yan Li, Jordyn Styczynski, Yuankai Huang, Zhiheng Xu, Jeffery McCutcheon, Baikun Li*. Energy-positive wastewater treatment and desalination in an integrated microbial desalination cell (MDC)-microbial electrolysis cell (MEC). Journal of Power Sources, 2017, 356, 529–538.
[2] Yan Li, Zhiheng Xu, Dingyi Cai, Brandon Holland, Baikun Li*. Self-sustained high-rate anammox: from biological to bioelectrochemical processes. Environmental Science: Water Research Technology, 2016, 2, 1022–1031.
[3] Yan Li, Isaiah Williams, Zhiheng Xu, Baikun Li*, Baitao Li*. Energy-positive nitrogen removal using the integrated short-cut nitrification and autotrophic denitrification microbial fuel cells (MFCs). Applied Energy, 2016, 163, 352–360.
[4] Yan Li, Yining Wu, Bingchuan Liu, Hongwei Luan, Timothy Vadas, Wanqian Guo, Jie Ding, Baikun Li*. Self-sustained reduction of multiple metals in a microbial fuel cell-microbial electrolysis cell hybrid system. Bioresource Technology, 2015, 192, 238–246.
5. 承担和完成的主要项目
[1] 三维微生物电化学自养-异养反硝化协同强化地下水硝酸盐去除及过程精准调控机制研究, 国
家自然科学基金青年科学基金，2020.1-2022.12，负责人：李燕。
（三）基于分子氧活化的高级氧化技术
1. 研究概述
基于传统Fenton体系中H2O2利用率低、对环境存在负面效应等问题，开发了利用活化分子氧代替 H2O2的新型绿色高级氧化体系。研究显示单纯的过渡金属活化分子氧的效率极低，无法应用于实际水体修复和处理。如何绿色高效的提高体系中分子氧活化效率，增加自由基的产生数量，是目前亟待解决的关键问题。该问题的解决对高级氧化工艺、修复体系的改进，实现污染环境的绿色、可持续修复具有重要的意义。
2. 成果简介
选取无机配体多聚磷酸盐提高过渡金属（以Fe2+为例）活化分子氧效率。研究表明多聚磷酸盐的加入极大提高了体系氧化降解能力(Fig.a)，使体系在较广pH范围内均具有良好的降解效果，而且多聚磷酸盐作为无机配体，避免了反应过程中的降解消耗，可在体系中循环使用(Fig.b)。另外，机理研究发现体系中有机污染物遵循“先还原-后氧化”的降解规律(Fig.c)。这一发现意味着该体系几乎可以降解所有类别的有机污染物，极大的拓展了这种绿色高级氧化技术的应用范围。
a.Fe2+/O2/STPP体系中污染物的降解曲线；b.体系中三聚磷酸盐含量的变化；c.体系中污染物降解的主要途
3. 今后重点研究内容
目前研究尚停留在针对废水处理的二价铁离子活化分子氧阶段，对于固相二价铁作为电子供体活化氧气的效果及机理正在进行深入研究。我们尝试在地下环境中利用天然存在的含铁矿物与溶解氧原位构建高级氧化体系，拓展分子氧活化技术，开发出适合地下水修复的绿色可持续的新型修复技术体系。
4. 代表性成果
[1] Chengwu Zhang, Lishuang Xuan, Jingyi Zhang, Fang Yuan, Xianglong Kong, and Chuanyu Qin*. Degradation of Organic Contaminants through the Activation of Oxygen Using Zero Valent Copper Coupled with Sodium Tripolyphosphate under Neutral Conditions[J]. Journal of Environmental Sciences, 2020, 90, 375-384.
[2] Chengwu Zhang, Tianyi Li, Jingyi Zhang, Song Yan, and Chuanyu Qin*. Degradation of P-nitrophenol Using a Ferrous-tripolyphosphate Complex in the Presence of Oxygen: The Key Role of Superoxide Radicals[J]. Applied Catalysis B: Environmental, 2019, 259, 118030.
[3] 秦传玉, 张成武, 宣丽爽. 单质铜和多聚磷酸盐活化氧去除水中难降解有机物的方法，发明专利，申请号: 201910065635.2
（四）新兴污染物及复合污染物的迁移机理及深度处理工艺的效能提升机制
1. 研究概述
新兴污染物及复合污染物给传统水处理工艺带来了挑战，而利用单一的处理流程无法有效的将其去除。因此结合传统及深度处理工艺（电絮凝、微滤、超滤）对水环境中复合微污染物（纳米颗粒及重金属等）的去除机制进行了研究。深度处理工艺的效能提升机制研究对复合污染物在污染场地中的异位修复与去除领域具有启示意义。
2. 成果简介
通过脉冲调控可以利用低成本电极在免投药的条件下对絮体的磁性强弱产生影响，在污染物强化分离调控过程有具有应用潜力并可以避免二次污染并降低能耗。
电絮凝去除重金属铬致磁/消磁后絮体形态及磁性对比
调控方式：(a)直流电调控，(b)单脉冲调控，(c)双脉冲调控；絮体形态(显微镜图片放大倍数 400×)：
(d)直流电絮凝絮体形态，(e)单脉冲电絮凝絮体形态，(f)双脉冲电絮凝絮体形态；絮体磁性；
(g)直流电絮凝絮体磁性，(h)单脉冲电絮凝絮体磁性，(i)双脉冲电絮凝絮体磁性。
3. 今后重点研究内容
今后拟开展电化学技术在污染场地控制与修复中的应用及装备的开发研究。拟通过电化学调控提高现存电动力修复技术在处理重金属及有机物复合污染过程中的效能，在免投药、低投药的条件下去除污染物，降低电化学技术在污染场地修复应用中的成本，增强其在修复方案比选中的成本优势，并基于相关研究开发电动力修复装备。
4. 代表性成果
[1] 魏楠, 王夏晖, 张春鹏. 环境DNA在监测表层沉积物中的运用及其与环境变量的关系[J/OL].环境工程学报:1-10[2020-03-26].
[2] Fangyuan Liu, Chunpeng Zhang*, Tianrui Zhao, Yilin Zu, Xuan Wu, Bowen Li, Xing, Xin; Jia Niu, Xiaochen Chen*, Chuanyu Qin. Effects of phosphate on the dispersion stability and coagulation/flocculation/sedimentation removal efficiency of anatase nanoparticles , Chemosphere, 2019, 224: 580-587.
[3] Tianrui Zhao, Fangyuan Liu, Chunpeng Zhang ；Xiaochen Chen. Anions influence the extraction of rutile nanoparticles from synthetic and lake water. RSC advances, 2019, 9(29), 16767-16773.
[4] Chunpeng Zhang*; Jenyuk Lohwacharin; Satoshi Takizawa. Effect of Ions on Removal of TiO₂ Nanoparticles by Coagulation and Microfiltration, Environmental Engineering Science, 2018, 35(5): 420-429.
[5] Chunpeng Zhang, Ye Fan, Xuege Wang, Xin Xing, Xiaochen Chen, Jianyu Zhang, Jianmin Bian*. Bench-scale Study on the Removal of TiO₂ Nanoparticles in Natural Lake Water by Coagulation , Chemistry Letters, 2017,46(12): 1846-1848.
[6] Chunpeng Zhang*; Jenyuk Lohwacharin*; Satoshi Takizawa*; Properties of residual titanium dioxide nanoparticles after extended periods of mixing and settling in synthetic and natural waters , Scientific Reports, 2017, 7:9943.
[7] 张春鹏; 高嘉赢; 赵天瑞; 附除油扩展室的低耗电型非集散区域农村污水处理微装置, 2019-2, 中国, ZL201820870864.2. (实用新型专利)
5. 承担和完成的主要项目
[1] 纳米颗粒协同污染物在污水中的临界聚沉浓度演变及超滤缓塞机理研究，吉林省科技厅青年基
金项目，2018.01-2019.12，负责人：张春鹏