科學技術的發(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。我國科學家研發(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，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(fā)明專利50多項，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、北京大學化學與分子工程學院教授黃富強帶領兩家科研機構，歷經(jīng)7年攻關獲得。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(huán)境條件下，借助生態(tài)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(tài)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，并重新開啟生態(tài)環(huán)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，對有毒有機物的“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，黃富強團隊采用特殊工藝，制備出的黑色二氧化鈦實現(xiàn)了高達95%的全太陽光譜吸收。
中科院院士張洪杰認為，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(fā)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、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。
在示范應用期間，團隊在上海、安徽、江蘇等地共鋪設新材料光降解網(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，團隊將涂覆有新材料的光降解吸附網(wǎng)鋪在湖面后，不動水底淤泥，吸附網(wǎng)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(tài)修復能力。
上海輕工業(yè)環(huán)境保護技術研究所檢測中心和江蘇省環(huán)境科學研究院環(huán)境工程重點實驗室的檢測結果顯示，治理僅7天后，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游河段進行了治理。肥東縣環(huán)保局水環(huán)境管理科主任薛鐵成說，定光河是典型的復合污染河道，此次治理后，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(yōu)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、制革廢水、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，但制備成本與市面材料相當。
陳小波表示：“該團隊研發(fā)的獨特制備方法具有很多技術優(yōu)勢，讓大規(guī)模低成本生產(chǎn)黑色二氧化鈦成為可能，這是一項突破性成果，將有力促進該材料的實際應用和商業(yè)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(xiàn)快速、無污染、低缺陷規(guī)模化制備，由團隊自主設計、搭建的低成本技術生產(chǎn)線已具備50噸年產(chǎn)能。
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