創新淨水技術,打造生態之“腎”——如何用光催化技術淨化水質

利用光催化技術淨化水質,使之達到排放標準,這是眼下不少發達國家解決生產、生活用水造成環境汙染問題的重要研究方向。如何提高光催化材料的太陽光利用效率和催化活性是制約光催化技術實用的關鍵問題。

創新淨水技術,打造生態之“腎”——如何用光催化技術淨化水質

“傳統半導體光催化材料由於只能利用太陽光中不到5%的紫外光,嚴重製約了光催化技術的發展。”王家強教授說:“大自然永遠是我們學習的物件,我們率先提出利用那些自然界中具有特殊光學性質或能有效吸收和利用太陽光的結構或物質來製備光催化劑的學術新思想,我們搞的仿生合成多孔材料,能仿多種常見植物皮、葉及藻類的多層次、多維生物精細構型的多級結構,並且利用這些常規合成方法得不到的特殊結構,研究它們的光催化構效關係。另外,我們還打破了傳統組織結構仿生普通生物模板法和染料敏化法等常規合成手段,直接利用植物分泌的乳液、提取物、天然色素、市售染料等光敏物質分子模板合成介孔TiO2光催化劑新方法。” 王家強教授說:“這個是我們的原創。”

由雲南大學王家強、陳永娟、和佼、閆智英、李翠萍,福州大學李朝暉, 曲靖師範學院繆應純等承擔的仿生合成多孔材料、結構調控及光催化/吸附效能研究專案,歷時15年,在973前期、國家自然科學基金等十餘個專案持續支援下,立足雲南豐富生物資源,突破多孔材料及可見光催化劑傳統合成方法侷限,在國際上較早開展了生物模板法制備多孔光催化劑研究。同時圍繞介孔TiO2、SiO2、金屬-有機骨架材料(MOFs)等多孔材料,透過摻雜、敏化、複合材料構建等方法,成功合成出了系列高效可見光催化劑和吸附除磷材料。

創新淨水技術,打造生態之“腎”——如何用光催化技術淨化水質

“自然界的植物和藻類歷經千百萬年自然選擇的殘酷競爭,已進化出了能有效捕捉、吸收和利用太陽光的特殊結構和淨水等功能。” 王家強說:“我們解決的是‘充分提高光催化材料的太陽光利用效率和催化活性’等關鍵技術問題。”

專案首次提出了“染料敏化MOFs”新方法並發現MOFs自身對CdS傳統光催化劑的敏化增強作用;引領染料敏化MOFs及其複合半導體等研究熱潮;開發了改性天然、自制漂浮載體多孔除磷材料。專案研究發表論文3篇,每篇他引過百次,其中1篇ESI<1%,3篇<3%,總他引1千餘次。

目前,專案組自主合成的高活性光催化劑與多孔吸附除磷材料在褐煤氣化 廢水、菸草廢水、山區飲用水處理等方面實現規模化應用驗證,也開發出了多個型別的汙水淨化裝置。王家強說:“比如一個小型的淨化裝置,佔地不到1平方,裝置成本1萬元左右,日處理汙水10-20方,可適用一家20—30個床位的客棧,裝置內的催化劑和吸附材料每3年左右置換一次,綜合處理理成本低,展現瞭解決環境汙染等方面的巨大潛力。”

創新淨水技術,打造生態之“腎”——如何用光催化技術淨化水質

王家強說:“我們希望為雲南建設‘生態文明排頭兵’打造一個‘科技之腎’。”

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