「治污黑科技」新材料 助力黑臭水體污染防治

科學技術的發展，為解決黑臭水體污染治理的世界性難題提供了新選擇。我國科學家研發出一種新材料，將其平鋪在黑臭水體表面，太陽光照射兩周內，可明顯改善水質。今年初，相關成果獲得國家自然科學獎二等獎，擁有發明專利50多項，已在上海、安徽、江蘇等地成功示範，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、北京大學化學與分子工程學院教授黃富強帶領兩家科研機構，歷經7年攻關獲得。其成功研發的新材料，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+光化學催化降解」。

有害有機物是黑臭水體的「元兇」，治理黑臭水體關鍵是消除這些有機物。自然環境條件下，藉助生態的自修復功能，水體中的有害有機物可以自行降解，但污染嚴重的黑臭水體自修復能力很弱，生態凈化周期會比較長。新材料可幫助黑臭水體加快有毒有機物的降解速度，縮短水體凈化時間，並重新開啟生態環境的自修復凈化能力。

黃富強介紹：「三維石墨烯管負責快速、更多地牢牢『抓住』各類有害有機物；黑色二氧化鈦作為光催化劑，可對高達95%的全太陽光譜進行高效、充分吸收，進而快速地將捕獲上來的有毒有機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，而該團隊研製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，對有毒有機物的「抓取量」大大增加。

二氧化鈦由於只能吸收僅佔總太陽能5%的紫外光，不能吸收可見光和近紅外光，降解有機物的效率較低。為改善二氧化鈦吸光效率、進而提升有害有機物的降解速度，黃富強團隊採用特殊工藝，製備出的黑色二氧化鈦實現了高達95%的全太陽光譜吸收。

中科院院士張洪傑認為，黑色二氧化鈦是該成果「核心中的核心」。幾年前，美國密蘇里大學陳小波教授研發出黑色二氧化鈦，將對太陽光的吸收效率從5%提升到30%，引起學術界關注。

除治理黑臭水體，黃富強團隊研究的新材料在處理印染廢水、製革廢水等工業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，簡單酸化處理後，重金屬離子可回收並被加工成各類高附加值材料。

在示範應用期間，團隊在上海、安徽、江蘇等地共鋪設新材料光降解網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，團隊將塗覆有新材料的光降解吸附網鋪在湖面後，不動水底淤泥，吸附網就能將有機物分解為二氧化碳和水，進而提高水體含氧量，增強水體自凈化和生態修復能力。

上海輕工業環境保護技術研究所檢測中心和江蘇省環境科學研究院環境工程重點實驗室的檢測結果顯示，治理僅7天後，化學需氧量、氨氮、總磷等代表性指標均從劣五類水改善至五類水以上。

在安徽省肥東縣，團隊對定光河污染較嚴重的中上遊河段進行了治理。肥東縣環保局水環境管理科主任薛鐵成說，定光河是典型的複合污染河道，此次治理後，污水各項指標的去除率達60%以上。

新材料還具備成本比較優勢。黃富強介紹，將新材料與市面主流材料進行實驗室對比測試，針對印染廢水、製革廢水、造紙廢水等典型的難降解高濃度有機廢水，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，但製備成本與市面材料相當。

陳小波表示：「該團隊研發的獨特製備方法具有很多技術優勢，讓大規模低成本生產黑色二氧化鈦成為可能，這是一項突破性成果，將有力促進該材料的實際應用和商業化。」

記者了解，目前，這一成果的兩大關鍵材料已走出實驗室，實現快速、無污染、低缺陷規模化製備，由團隊自主設計、搭建的低成本技術生產線已具備50噸年產能。

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