上海硅酸盐所“全太阳光谱增强的三维石墨烯强化黑色二氧化钛光催化氧化净水技术”在沪皖成功示范

  • 文/图 上海硅酸盐所 (中国科学院上海硅酸盐研究所)
  • 创建于 2018-06-07
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  中国科学院上海硅酸盐研究所首席研究员黄富强带领科研团队历经7年攻关,成功研发出治污新材料,该材料由三维石墨烯管和黑色二氧化钛两种特殊材料混合而成,太阳光照射2周内,可较明显改善水质,帮助污水变清。部分成果今年初获得“国家自然科学奖”二等奖,现已在上海、安徽等地成功示范。 

  该技术的治污原理是“物理吸附+光化学催化降解”。三维石墨烯管作为关键的光生载流子分离和传导网络,实现集污染物的高效吸附与可见光响应的黑色二氧化钛原位降解一体化的突出功效,新型三维石墨烯强化黑色二氧化钛材料,拥有对某些有机污染物1000倍自身重量的超强吸附性能、可吸收高达90-95%的全太阳光谱,所产生氧化力极强的自由基能把捕获来的有机污染物高效氧化分解为水、二氧化碳。 

  该研究团队于2018年4月下旬起在沪皖等地进行了示范,共铺设光降解吸附网3000多张,覆盖水域总面积近4万平方米,治污效果明显。经检测,安徽省肥东县定光河各项水质指标均有较大幅度提升;上海市天山公园水质代表性指标均从劣五类水改善至五类水以上,其中,化学需氧量 从劣五类改善至三类水,氨氮三类水改善至二类水;其它示范地同样具有类似明显成效。技术本身具有较强的原创性和先进性,对特定有机污染物的降解速度与传统材料相比提高5-10倍,有望对传统污水处理技术带来变革,推广应用于服务国计民生、解决国家污染防治重大需求。 

  该技术示范效果较为显著,具有成本低、效益高、效果好等优点,在应用过程中不存在二次污染,尤其适用于城市黑臭水体的治理。施工工期短,经数日光照即可消减黑臭,使水体变清。三维石墨烯增强黑色二氧化钛的光催化技术特点包括:安全(材料无毒、无污染、卫生安全、绿色低碳)、经济(材料成本低、使用与运行维修费用低、仅利用太阳光)、效果好(效率高、寿命长、有毒有机物均可降解,提升溶解氧)、特色明显(不动底泥进行原位处理)、激活水生态(快速增加黑臭水体溶解氧,降解有毒有机物),还可恢复水体长期自净化能力。 

  黄富强团队在三维石墨烯和黑色二氧化钛的热点研究领域具有国际领跑地位。黑色二氧化钛的国际领先研究被著名网站Chemistry View以“Black titania:Black is New White”为题作专文评述;石墨烯和三维结构方面的开创性研究,极具原创质子型的氮掺杂介孔石墨烯和被称为材料之王的三维石墨烯管入选中国石墨烯产业技术创新战略联盟评选出的2015年度具有影响力的十大新材料。这些原创研究成果在ScienceNat. Commun.J. Am. Chem. Soc.Adv. Mater.Adv. Funct. Mater.EESNano letters等高水平期刊上发表SCI论文90余篇,引用超过5500次,获得发明专利50多项。目前上述两大关键材料已经实现规模化制备,并出口至加拿大、新加坡、沙特等国,由团队自主设计、搭建的绿色、低成本生产线,已经具备50吨年产能。 

   

  黄富强研究员与研发出的治污新材料 

   

  定光河肥东县城段1公里河道示范水域 

   

  上海天山公园示范水域 

   

  上海中山公园示范水域 

责任编辑:黄巧