潘丙才團隊研發(fā)球形納米顆粒可吸附工業(yè)廢水有害物質(zhì)
2014-04-16 19:03:07
admin
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據(jù)中國江蘇網(wǎng)2012年12月6日訊 一顆細沙粒大小的小球，內(nèi)部卻被精妙的框架結(jié)構(gòu)分割成一套套小房間，里面精心排列著可以吸附有毒物質(zhì)的極小的納米物質(zhì)。當(dāng)無數(shù)這樣的小球聚集在過濾裝置中，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，水質(zhì)凈化結(jié)果可以遠遠超過國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。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，潘丙才常戲稱自己是“土鱉”——從本科到博士的學(xué)習(xí)研究都是在南大完成的，從來沒有到海外留學(xué)的經(jīng)歷?？涩F(xiàn)在，這位年僅36歲的教授、博導(dǎo)不僅任職南大環(huán)境工程系主任，還是該系兩個國家級重點實驗室的副主任。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(yǎng)顏”“排毒”
上世紀(jì)90年代，潘教授剛剛本科畢業(yè)的時候，經(jīng)常和五顏六色，氣味刺鼻的工業(yè)廢水打交道。當(dāng)時，只要把廢水處理成透明，減少有毒有害物質(zhì)，達到標(biāo)準(zhǔn)就算是大功告成。“當(dāng)時對工業(yè)環(huán)保的追求僅僅是達標(biāo)排放，”潘教授說，“但實際上達標(biāo)后的水質(zhì)也不見得有多好，到今天人們對環(huán)保和治污的認識更深入，懂得無色的水可能依然有毒。所以現(xiàn)在更講究污水深度處理，進一步減少對環(huán)境和人類健康的潛在危害。”
比如以往國家對工業(yè)廢水中重金屬鉻的數(shù)量，要求達到0.5個單位就能排放，可是現(xiàn)在只有減少到0.05個單位才能排放，環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)整整提高了十倍。也就是說，現(xiàn)在污水不僅要先“養(yǎng)顏”，還要繼續(xù)“排毒”。
可是把有毒的水變成徹底無毒的水是個很大的挑戰(zhàn)，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(tǒng)的過濾分解材料，對它們幾乎無計可施。所以2005年，潘教授開始把目光轉(zhuǎn)向了*新的納米材料。
潘丙才和他的同事們設(shè)計了一種環(huán)保納米材料，記者在實驗室里剛看到的時候，以為只是一些五顏六色的小沙?！獪?zhǔn)確的說是沙粒大小的小球。誰知這小小的球里卻大有文章。
給納米“建房子”攻克應(yīng)用難題
原來，這個小球里，有一個特殊材料制成的球形框架，丁點兒大的空間被精妙地分成了密密麻麻的小隔間。每個小隔間只有幾納米大，里面還放著特別的1納米大小的物質(zhì)。當(dāng)然，這一切只能在顯微鏡下才看得到。
如果把無數(shù)的這種特殊小球放進水處理設(shè)備的過濾筒中，就形成了特殊的過濾層。這種過濾層和常見的過濾層不同，水流會快速地通過，不會淤積堵住，而轉(zhuǎn)眼間水中的有毒有害的重金屬和化學(xué)物質(zhì)，就被一個個小球內(nèi)的納米物質(zhì)捕捉分離出來。潘教授說，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。過濾后的水質(zhì)，都能達到甚至遠遠超過現(xiàn)行的國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。不僅如此，使用過的小球還可以抽出來，經(jīng)過處理，把里面的重金屬或者化學(xué)物質(zhì)統(tǒng)一采集出來。比如從無數(shù)噸廢水中過濾出的微量的銅，*后居然能從小球里分離集中成一個小銅塊。處理過的小球還可以重新使用。這個過程就好比是把海綿里的水?dāng)D干后，重新利用。
納米的概念非常時髦，但是在真正到應(yīng)用中有很多挑戰(zhàn)，研究起來破費周折。據(jù)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：幾個納米顆粒放在那里，它會自動團聚在一起，形成大一點的微米顆粒，想人為分開卻很難。另外，納米級顆粒太活潑了，化學(xué)性質(zhì)也不穩(wěn)定，比如納米鐵，很容易在空氣中與氧氣發(fā)生反應(yīng)自燃。所以讓無數(shù)納米級的顆粒，安安穩(wěn)穩(wěn)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(xiàn)在還在不斷地改進升級技術(shù)。而這種技術(shù)當(dāng)年幾乎是和美國同步開始研究，現(xiàn)在卻已經(jīng)獲得了11項中國國家專利，還有7項國際專利，在世界上遙遙領(lǐng)先。
從2008年開始，潘教授的團隊已經(jīng)開始能批量生產(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濾當(dāng)?shù)氐叵滤械纳?。他回憶說，當(dāng)?shù)氐叵滤猩榈暮渴?00微克/升，而國家生活用水的標(biāo)準(zhǔn)是不到10微克/升，所以足足超標(biāo)40倍，很多居民都有手腳皮膚潰爛等砷中毒癥狀。當(dāng)?shù)卦囉眠^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。