上海硅酸鹽所「全太陽光譜增強的三維石墨烯強化黑色二氧化鈦光催化氧化凈水技術」在滬皖成功示範

最新 06-11

中國科學院上海硅酸鹽研究所首席研究員黃富強帶領科研團隊歷經7年攻關，成功研發出治污新材料，該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，太陽光照射2周內，可較明顯改善水質，幫助污水變清。部分成果今年初獲得「國家自然科學獎」二等獎，現已在上海、安徽等地成功示範。

該技術的治污原理是「物理吸附＋光化學催化降解」。三維石墨烯管作為關鍵的光生載流子分離和傳導網路，實現集污染物的高效吸附與可見光響應的黑色二氧化鈦原位降解一體化的突出功效，新型三維石墨烯強化黑色二氧化鈦材料，擁有對某些有機污染物1000倍自身重量的超強吸附性能、可吸收高達90-95%的全太陽光譜，所產生氧化力極強的自由基能把捕獲來的有機污染物高效氧化分解為水、二氧化碳。

該研究團隊於2018年4月下旬起在滬皖等地進行了示範，共鋪設光降解吸附網3000多張，覆蓋水域總面積近4萬平方米，治污效果明顯。經檢測，安徽省肥東縣定光河各項水質指標均有較大幅度提升；上海市天山公園水質代表性指標均從劣五類水改善至五類水以上，其中，化學需氧量從劣五類改善至三類水，氨氮三類水改善至二類水；其它示範地同樣具有類似明顯成效。技術本身具有較強的原創性和先進性，對特定有機污染物的降解速度與傳統材料相比提高5-10倍，有望對傳統污水處理技術帶來變革，推廣應用於服務國計民生、解決國家污染防治重大需求。

該技術示範效果較為顯著，具有成本低、效益高、效果好等優點，在應用過程中不存在二次污染，尤其適用於城市黑臭水體的治理。施工工期短，經數日光照即可消減黑臭，使水體變清。三維石墨烯增強黑色二氧化鈦的光催化技術特點包括：安全（材料無毒、無污染、衛生安全、綠色低碳）、經濟（材料成本低、使用與運行維修費用低、僅利用太陽光）、效果好（效率高、壽命長、有毒有機物均可降解，提升溶解氧）、特色明顯（不動底泥進行原位處理）、激活水生態（快速增加黑臭水體溶解氧，降解有毒有機物），還可恢復水體長期自凈化能力。

黃富強團隊在三維石墨烯和黑色二氧化鈦的熱點研究領域具有國際領跑地位。黑色二氧化鈦的國際領先研究被著名網站Chemistry View以「Black titania：Black is New White」為題作專文評述；石墨烯和三維結構方面的開創性研究，極具原創質子型的氮摻雜介孔石墨烯和被稱為材料之王的三維石墨烯管入選中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟評選出的2015年度具有影響力的十大新材料。這些原創研究成果在Science、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、EES和Nano letters等高水平期刊上發表SCI論文90餘篇，引用超過5500次，獲得發明專利50多項。目前上述兩大關鍵材料已經實現規模化製備，並出口至加拿大、新加坡、沙特等國，由團隊自主設計、搭建的綠色、低成本生產線，已經具備50噸年產能。