科技要闻
 
云南省科技厅首页 > 科技要闻
创新净水技术,打造生态之“肾”——“创新芯语,星光灿烂”(之一)
2019-05-15
[] [] []

利用光催化技术净化水质,使之达到排放标准,这是眼下不少发达国家解决生产、生活用水造成环境污染问题的重要研究方向。如何提高光催化材料的太阳光利用效率和催化活性是制约光催化技术实用的关键问题。

“传统半导体光催化材料由于只能利用太阳光中不到5%的紫外光,严重制约了光催化技术的发展。”王家强教授说:“大自然永远是我们学习的对象,我们率先提出利用那些自然界中具有特殊光学性质或能有效吸收和利用太阳光的结构或物质来制备光催化剂的学术新思想,我们搞的仿生合成多孔材料,能仿多种常见植物皮、叶及藻类的多层次、多维生物精细构型的多级结构,并且利用这些常规合成方法得不到的特殊结构,研究它们的光催化构效关系。另外,我们还打破了传统组织结构仿生普通生物模板法和染料敏化法等常规合成手段,直接利用植物分泌的乳液、提取物、天然色素、市售染料等光敏物质分子模板合成介孔TiO2光催化剂新方法。” 王家强教授说:“这个是我们的原创。”

由云南大学王家强、陈永娟、和佼、闫智英、李翠萍,福州大学李朝晖,曲靖师范学院缪应纯等承担的仿生合成多孔材料、结构调控及光催化/吸附性能研究项目,历时15年,在973前期、国家自然科学基金等十余个项目持续支持下,立足云南丰富生物资源,突破多孔材料及可见光催化剂传统合成方法局限,在国际上较早开展了生物模板法制备多孔光催化剂研究。同时围绕介孔TiO2SiO2、金属-有机骨架材料(MOFs)等多孔材料,通过掺杂、敏化、复合材料构建等方法,成功合成出了系列高效可见光催化剂和吸附除磷材料。

“自然界的植物和藻类历经千百万年自然选择的残酷竞争,已进化出了能有效捕捉、吸收和利用太阳光的特殊结构和净水等功能。” 王家强说:“我们解决的是‘充分提高光催化材料的太阳光利用效率和催化活性’等关键技术问题。”

项目首次提出了“染料敏化MOFs”新方法并发现MOFs自身对CdS传统光催化剂的敏化增强作用;引领染料敏化MOFs及其复合半导体等研究热潮;开发了改性天然、自制漂浮载体多孔除磷材料。项目研究发表论文3篇,每篇他引过百次,其中1ESI<1%3<3%,总他引1千余次。

目前,项目组自主合成的高活性光催化剂与多孔吸附除磷材料在褐煤气化废水、烟草废水、山区饮用水处理等方面实现规模化应用验证,也开发出了多个类型的污水净化装置。王家强说:“比如一个小型的净化装置,占地不到1平方,装置成本1万元左右,日处理污水10-20方,可适用一家2030个床位的客栈,装置内的催化剂和吸附材料每3年左右置换一次,综合处理成本低,展现了解决环境污染等方面的巨大潜力。”

王家强说:“我们希望为云南建设‘生态文明排头兵’打造一个‘科技之肾’。”