《环境微界面复合材料的污染控制关键技术原理及应用》

项目任务来源于郑州市科技攻关项目(141PPTGG388),河南省高等学校青年骨干教师资助计划项目(2013GGJS-088)及国家自然科学基金青年科学基金项目(50708037)。所属技术领域为环境治理与保护。

环境微界面过程深刻影响着污染物的迁移、转化和降解,在决定环境污染物的归趋方面起着关键作用。污染物的迁移和转化很多情况下都是发生在界面上,其变化或反应特性也与介质或界面环境密切相关。设计和创造独特的环境微界面,将有助于污染物的吸附、吸收、凝聚、传输、沉积、降解等过程,污染物的环境行为可能被激活并取得最佳的环境治理效果。该研究从实际的环境净化需求出发,立足于环境微界面过程包括光催化氧化和吸附过程,综合研究光催化材料如纳米TiO2和天然矿物材料的净化行为,探讨了相关环境微界面机理,已设计开发出了新型环保建筑材料多功能硅藻泥,镧改性的天然矿物吸附材料和具有优异可见光响应性能的光电极,将多功能硅藻泥付诸于实际工业化生产。

研究团队,在太阳能转化利用的半导体催化材料的制备与应用方面进行了深入的研究,确定由于其他可见光催化剂制备成本较高,而且锐钛矿型纳米TiO2在室内装修中有广泛应用,从而将La掺杂的纳米TiO2作为可见光催化剂的首选,提出制备集调湿、阻燃、可见光光触媒、吸附、负离子及杀菌等功能于一体的新型环保建筑材料多功能硅藻泥的设想,开发出具备原位净化功能的新型环保建筑材料多功能硅藻泥。对于光催化功能材料,研究团队以应用性最广、稳定性最强和成本较低的TiO2为核心,以硅藻泥为底层,添加La掺杂纳米TiO2/电气石复合材料的硅藻泥为功能层,去除典型室内空气污染物如甲醛和苯,结果表明该材料在紫外、可见光下都具有良好的光催化效果活性。实际应用中,由于仅仅涉及环境微界面过程,需要的复合硅藻泥厚度极其有限就可取得良好的处理效果。同时,制备方法简单可控,产品绿色环保,易于规模化生产。其次,进行了基于原位净化理念的天然矿物硅藻土和电气石在去除水中微污染物方面的应用。鉴于天然矿物硅藻土和电气石优异的性能,诸如硅藻土良好的吸附能力,电气石的微电场和自动将原水调整为中性pH的能力,提出采用稀土元素镧改性硅藻土和电气石的环境微界面行为,并实现镧的原位水解吸附去除水中微污染物的设想。研究中创新性地通过直接的离子交换的方法制备了稀土元素镧改性的硅藻土和电气石,将它们用于吸附去除水中的微污染物如四环素和磷。研究发现,所制备的镧改性的吸附剂对四环素和磷均表现出了优异的吸附去除能力,展现出积极现实的实用价值。在此之外,研究团队也提出了制备优异可见光响应性能的Bi2O3/Ti等一系列光电极的研究思路,证实在中性pH条件下OH自由基的贡献率最大,但醌类物质的累积、紫外光源和电场限制条件下极易阻碍实际应用,因此优选硅藻土和电气石为基底的粉体材料应用于微界面性质调控。

研究团队立足于现实环境治理问题,在多年应用基础的基础上,研究的系统开发出了能够用于实际室内空气污染治理和水中水中微污染物的技术和产品。该项成果经实际的环境治理实践证明具应用前景,成果达到国际先进水平,共发表学术论文38篇,其中SCI收录11篇,EI收录14篇,授权发明专利4项,一级学报3篇,中文核心期刊4篇,一般期刊6篇。相关成果在北京东旭阳环保科技有限公司、吉林省阁润居硅藻科技有限公司和江苏盐城市绿之韵环保建材有限公司得到实际应用,并取得了显著的经济效益、环境效益和社会效益。

成果说明

环境污染已受到国家和社会的普遍重视,该项目研究成果可用于室内空气净化,可达到深度去除的问题,解决了污染物吸附在材料的表面及孔道,在环境条件改变后从材料逸出,通过光催化反应,减少对环境的二次污染,达到了彻底去除污染物的目的。 该产品具备以下有利的推广应用优势:①技术先进、产品稳定、性能可靠;②产品有市场且市场前景好;③具备优良的环境效益、经济效益和社会效益;④我国硅藻土矿资源丰富。该项目所提出的技术手段可为制备其他同类物质提供技术参考。该技术手段在一定程度上节约了能源,净化了环境,符合国家经济可持续发展的

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