“治污黑科技”：新材料助力黑臭水體污染防治
科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為解決黑臭水體污染治理的世界性難題提供了新選擇。我國(guó)科學(xué)家研發(fā)出一種新材料，將其平鋪在黑臭水體表面，太陽光照射兩周內(nèi)，可明顯改善水質(zhì)。今年初，相關(guān)成果獲得國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，擁有發(fā)明專利50多項(xiàng)，已在上海、安徽、江蘇等地成功示范，正成為整治黑臭水體和污染防治的利器。
這一科研成果，由中科院上海硅酸鹽研究所首席研究員、北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授黃富強(qiáng)帶領(lǐng)兩家科研機(jī)構(gòu)，歷經(jīng)7年攻關(guān)獲得。其成功研發(fā)的新材料，由三維石墨烯管和黑色二氧化鈦兩種特殊材料混合而成，治污原理是“物理吸附+光化學(xué)催化降解”。
有害有機(jī)物是黑臭水體的“元兇”，治理黑臭水體關(guān)鍵是消除這些有機(jī)物。自然環(huán)境條件下，借助生態(tài)的自修復(fù)功能，水體中的有害有機(jī)物可以自行降解，但污染嚴(yán)重的黑臭水體自修復(fù)能力很弱，生態(tài)凈化周期會(huì)比較長(zhǎng)。新材料可幫助黑臭水體加快有毒有機(jī)物的降解速度，縮短水體凈化時(shí)間，并重新開啟生態(tài)環(huán)境的自修復(fù)凈化能力。
黃富強(qiáng)介紹：“三維石墨烯管負(fù)責(zé)快速、更多地牢牢‘抓住’各類有害有機(jī)物;黑色二氧化鈦?zhàn)鳛楣獯呋瘎蓪?duì)高達(dá)95%的全太陽光譜進(jìn)行高效、充分吸收，進(jìn)而快速地將捕獲上來的有毒有機(jī)物降解為二氧化碳和水。”
普通的石墨烯是二維的，形似平鋪的紙張，而該團(tuán)隊(duì)研制的三維石墨烯管猶如立體的“蜂巢”，比表面積和中空體積增大，對(duì)有毒有機(jī)物的“抓取量”大大增加。
二氧化鈦由于只能吸收僅占總太陽能5%的紫外光，不能吸收可見光和近紅外光，降解有機(jī)物的效率較低。為改善二氧化鈦吸光效率、進(jìn)而提升有害有機(jī)物的降解速度，黃富強(qiáng)團(tuán)隊(duì)采用特殊工藝，制備出的黑色二氧化鈦實(shí)現(xiàn)了高達(dá)95%的全太陽光譜吸收。
中科院院士張洪杰認(rèn)為，黑色二氧化鈦是該成果“核心中的核心”。幾年前，美國(guó)密蘇里大學(xué)陳小波教授研發(fā)出黑色二氧化鈦，將對(duì)太陽光的吸收效率從5%提升到30%，引起學(xué)術(shù)界關(guān)注。
除治理黑臭水體，黃富強(qiáng)團(tuán)隊(duì)研究的新材料在處理印染廢水、制革廢水等工業(yè)污水方面也有突出成效。例如，添加1克新材料可吸附1.476克鉛離子，簡(jiǎn)單酸化處理后，重金屬離子可回收并被加工成各類高附加值材料。
在示范應(yīng)用期間，團(tuán)隊(duì)在上海、安徽、江蘇等地共鋪設(shè)新材料光降解網(wǎng)3000多張，覆蓋水域總面積近4萬平方米。
在上海天山公園和中山公園，團(tuán)隊(duì)將涂覆有新材料的光降解吸附網(wǎng)鋪在湖面后，不動(dòng)水底淤泥，吸附網(wǎng)就能將有機(jī)物分解為二氧化碳和水，進(jìn)而提高水體含氧量，增強(qiáng)水體自凈化和生態(tài)修復(fù)能力。
上海輕工業(yè)環(huán)境保護(hù)技術(shù)研究所檢測(cè)中心和江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)結(jié)果顯示，治理僅7天后，化學(xué)需氧量、氨氮、總磷等代表性指標(biāo)均從劣五類水改善至五類水以上。
在安徽省肥東縣，團(tuán)隊(duì)對(duì)定光河污染較嚴(yán)重的中上游河段進(jìn)行了治理。肥東縣環(huán)保局水環(huán)境管理科主任薛鐵成說，定光河是典型的復(fù)合污染河道，此次治理后，污水各項(xiàng)指標(biāo)的去除率達(dá)60%以上。
新材料還具備成本比較優(yōu)勢(shì)。黃富強(qiáng)介紹，將新材料與市面主流材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室對(duì)比測(cè)試，針對(duì)印染廢水、制革廢水、造紙廢水等典型的難降解高濃度有機(jī)廢水，市面材料20分鐘可降解完成，而新材料只需2-3分鐘，降解速度大幅提高，但制備成本與市面材料相當(dāng)。
陳小波表示：“該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的獨(dú)特制備方法具有很多技術(shù)優(yōu)勢(shì)，讓大規(guī)模低成本生產(chǎn)黑色二氧化鈦成為可能，這是一項(xiàng)突破性成果，將有力促進(jìn)該材料的實(shí)際應(yīng)用和商業(yè)化。”
記者了解，目前，這一成果的兩大關(guān)鍵材料已走出實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)快速、無污染、低缺陷規(guī)模化制備，由團(tuán)隊(duì)自主設(shè)計(jì)、搭建的低成本技術(shù)生產(chǎn)線已具備50噸年產(chǎn)能。
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