潘丙才團隊研發球形納米顆粒可吸附工業廢水有害物質
2014-04-16 19:03:07
admin
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據中國江蘇網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，里面精心排列著可以吸附有毒物質的極小的納米物質。當無數這樣的小球聚集在過濾裝置中，生活用水和工業廢水中的有毒有害物質，馬上就被吸附分離出來，水質凈化結果可以遠遠超過國家現行標準。這就是南京大學環境工程系主任潘丙才和他的團隊所研發的環境納米控制及廢水深度處理技術。這一技術全球領先，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教授中，潘丙才常戲稱自己是“土鱉”——從本科到博士的學習研究都是在南大完成的，從來沒有到海外留學的經歷。可現在，這位年僅36歲的教授、博導不僅任職南大環境工程系主任，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控制廢水深度處理方面，更是掌握了世界領先的技術。
十幾年鉆研給工業廢水“養顏”“排毒”
上世紀90年代，潘教授剛剛本科畢業的時候，經常和五顏六色，氣味刺鼻的工業廢水打交道。當時，只要把廢水處理成透明，減少有毒有害物質，達到標準就算是大功告成。“當時對工業環保的追求僅僅是達標排放，”潘教授說，“但實際上達標后的水質也不見得有多好，到今天人們對環保和治污的認識更深入，懂得無色的水可能依然有毒。所以現在更講究污水深度處理，進一步減少對環境和人類健康的潛在危害。”
比如以往國家對工業廢水中重金屬鉻的數量，要求達到0.5個單位就能排放，可是現在只有減少到0.05個單位才能排放，環保標準整整提高了十倍。也就是說，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毒的水是個很大的挑戰，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比較低，但是傳統的過濾分解材料，對它們幾乎無計可施。所以2005年，潘教授開始把目光轉向了*新的納米材料。
潘丙才和他的同事們設計了一種環保納米材料，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粒——準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。當然，這一切只能在顯微鏡下才看得到。
如果把無數的這種特殊小球放進水處理設備的過濾筒中，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，而轉眼間水中的有毒有害的重金屬和化學物質，就被一個個小球內的納米物質捕捉分離出來。潘教授說，處理不同的污水，對付其中不同的有毒物質，可以用不同功能的小球。過濾后的水質，都能達到甚至遠遠超過現行的國家環保標準。不僅如此，使用過的小球還可以抽出來，經過處理，把里面的重金屬或者化學物質統一采集出來。比如從無數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擠干后，重新利用。
納米的概念非常時髦，但是在真正到應用中有很多挑戰，研究起來破費周折。據潘丙才介紹，在物理化學的角度上講，物質越小越活潑，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，化學性質也不穩定，比如納米鐵，很容易在空氣中與氧氣發生反應自燃。所以讓無數納米級的顆粒，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，潘教授和團隊攻關了很多年，現在還在不斷地改進升級技術。而這種技術當年幾乎是和美國同步開始研究，現在卻已經獲得了11項中國國家專利，還有7項國際專利，在世界上遙遙領先。
從2008年開始，潘教授的團隊已經開始能批量生產這種小球，并用于污水的深度處理。不僅僅是工業廢水，這項技術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地地下水中的砷。他回憶說，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。當地曾試用過很多環保材料除砷，但*后只有這種納米小球真正發揮了作用，讓居民用上了干凈安全的水。