潘丙才團隊研發(fā)球形納米顆?？晌焦I(yè)廢水有害物質(zhì)
2014-04-16 19:03:07
admin
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據中國江蘇網(wǎng)2012年12月6日訊 一顆細沙粒大小的小球，內部卻被精妙的框架結構分割成一套套小房間，里面精心排列著(zhù)可以吸附有毒物質(zhì)的極小的納米物質(zhì)。當無(wú)數這樣的小球聚集在過(guò)濾裝置中，生活用水和工業(yè)廢水中的有毒有害物質(zhì)，馬上就被吸附分離出來(lái)，水質(zhì)凈化結果可以遠遠超過(guò)國家現行標準。這就是南京大學(xué)環(huán)境工程系主任潘丙才和他的團隊所研發(fā)的環(huán)境納米控制及廢水深度處理技術(shù)。這一技術(shù)全球領(lǐng)先，他本人也因此入選今年的“江蘇省十大青年科技之星”。
在人才濟濟的南京大學(xué)教授中，潘丙才常戲稱(chēng)自己是“土鱉”——從本科到博士的學(xué)習研究都是在南大完成的，從來(lái)沒(méi)有到海外留學(xué)的經(jīng)歷?？涩F在，這位年僅36歲的教授、博導不僅任職南大環(huán)境工程系主任，還是該系兩個(gè)國家級重點(diǎn)實(shí)驗室的副主任。他和他的團隊在水污染控制和廢水深度處理方面的研究，特別是利用納米技術(shù)控制廢水深度處理方面，更是掌握了世界領(lǐng)先的技術(shù)。
十幾年鉆研給工業(yè)廢水“養顏”“排毒”
上世紀90年代，潘教授剛剛本科畢業(yè)的時(shí)候，經(jīng)常和五顏六色，氣味刺鼻的工業(yè)廢水打交道。當時(shí)，只要把廢水處理成透明，減少有毒有害物質(zhì)，達到標準就算是大功告成?！爱敃r(shí)對工業(yè)環(huán)保的追求僅僅是達標排放，”潘教授說(shuō)，“但實(shí)際上達標后的水質(zhì)也不見(jiàn)得有多好，到今天人們對環(huán)保和治污的認識更深入，懂得無(wú)色的水可能依然有毒。所以現在更講究污水深度處理，進(jìn)一步減少對環(huán)境和人類(lèi)健康的潛在危害?！?BR> 比如以往國家對工業(yè)廢水中重金屬鉻的數量，要求達到0.5個(gè)單位就能排放，可是現在只有減少到0.05個(gè)單位才能排放，環(huán)保標準整整提高了十倍。也就是說(shuō)，現在污水不僅要先“養顏”，還要繼續“排毒”。
可是把有毒的水變成徹底無(wú)毒的水是個(gè)很大的挑戰，比如廢水中的重金屬、氮和磷，還有生活用水中的砷和氟，有潛在毒性，但因為它們的含量已經(jīng)比較低，但是傳統的過(guò)濾分解材料，對它們幾乎無(wú)計可施。所以2005年，潘教授開(kāi)始把目光轉向了*新的納米材料。
潘丙才和他的同事們設計了一種環(huán)保納米材料，記者在實(shí)驗室里剛看到的時(shí)候，以為只是一些五顏六色的小沙?！獪蚀_的說(shuō)是沙粒大小的小球。誰(shuí)知這小小的球里卻大有文章。
給納米“建房子”攻克應用難題
原來(lái)，這個(gè)小球里，有一個(gè)特殊材料制成的球形框架，丁點(diǎn)兒大的空間被精妙地分成了密密麻麻的小隔間。每個(gè)小隔間只有幾納米大，里面還放著(zhù)特別的1納米大小的物質(zhì)。當然，這一切只能在顯微鏡下才看得到。
如果把無(wú)數的這種特殊小球放進(jìn)水處理設備的過(guò)濾筒中，就形成了特殊的過(guò)濾層。這種過(guò)濾層和常見(jiàn)的過(guò)濾層不同，水流會(huì )快速地通過(guò)，不會(huì )淤積堵住，而轉眼間水中的有毒有害的重金屬和化學(xué)物質(zhì)，就被一個(gè)個(gè)小球內的納米物質(zhì)捕捉分離出來(lái)。潘教授說(shuō)，處理不同的污水，對付其中不同的有毒物質(zhì)，可以用不同功能的小球。過(guò)濾后的水質(zhì)，都能達到甚至遠遠超過(guò)現行的國家環(huán)保標準。不僅如此，使用過(guò)的小球還可以抽出來(lái)，經(jīng)過(guò)處理，把里面的重金屬或者化學(xué)物質(zhì)統一采集出來(lái)。比如從無(wú)數噸廢水中過(guò)濾出的微量的銅，*后居然能從小球里分離集中成一個(gè)小銅塊。處理過(guò)的小球還可以重新使用。這個(gè)過(guò)程就好比是把海綿里的水擠干后，重新利用。
納米的概念非常時(shí)髦，但是在真正到應用中有很多挑戰，研究起來(lái)破費周折。據潘丙才介紹，在物理化學(xué)的角度上講，物質(zhì)越小越活潑，所以納米尺寸的材料就很難控制。比如：幾個(gè)納米顆粒放在那里，它會(huì )自動(dòng)團聚在一起，形成大一點(diǎn)的微米顆粒，想人為分開(kāi)卻很難。另外，納米級顆粒太活潑了，化學(xué)性質(zhì)也不穩定，比如納米鐵，很容易在空氣中與氧氣發(fā)生反應自燃。所以讓無(wú)數納米級的顆粒，安安穩穩地固定在沙粒般大小的小球里，真是難上加難。
對這種納米小球的研發(fā)，潘教授和團隊攻關(guān)了很多年，現在還在不斷地改進(jìn)升級技術(shù)。而這種技術(shù)當年幾乎是和美國同步開(kāi)始研究，現在卻已經(jīng)獲得了11項中國國家專(zhuān)利，還有7項國際專(zhuān)利，在世界上遙遙領(lǐng)先。
從2008年開(kāi)始，潘教授的團隊已經(jīng)開(kāi)始能批量生產(chǎn)這種小球，并用于污水的深度處理。不僅僅是工業(yè)廢水，這項技術(shù)還可以處理居民的生活用水。前幾年，受到山西某地政府的邀請，潘教授和同事們用納米小球過(guò)濾當地地下水中的砷。他回憶說(shuō)，當地地下水中砷的含量是400微克/升，而國家生活用水的標準是不到10微克/升，所以足足超標40倍，很多居民都有手腳皮膚潰爛等砷中毒癥狀。當地曾試用過(guò)很多環(huán)保材料除砷，但*后只有這種納米小球真正發(fā)揮了作用，讓居民用上了干凈安全的水。