潘丙才团队研发球形纳米颗粒可吸附工业废水有害物质
2014-04-16 19:03:07
admin
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据中国江苏网2012年12月6日讯 一颗细沙粒大小的小球，内部却被精妙的框架结构分割成一套套小房间，里面精心排列着可以吸附有毒物质的极小的纳米物质。当无数这样的小球聚集在过滤装置中，生活用水和工业废水中的有毒有害物质，马上就被吸附分离出来，水质净化结果可以远远超过国家现行标准。这就是南京大学环境工程系主任潘丙才和他的团队所研发的环境纳米控制及废水深度处理技术。这一技术全球领先，他本人也因此入选今年的“江苏省十大青年科技之星”。
在人才济济的南京大学教授中，潘丙才常戏称自己是“土鳖”——从本科到博士的学习研究都是在南大完成的，从来没有到海外留学的经历。可现在，这位年仅36岁的教授、博导不仅任职南大环境工程系主任，还是该系两个国家级重点实验室的副主任。他和他的团队在水污染控制和废水深度处理方面的研究，特别是利用纳米技术控制废水深度处理方面，更是掌握了世界领先的技术。
十几年钻研给工业废水“养颜”“排毒”
上世纪90年代，潘教授刚刚本科毕业的时候，经常和五颜六色，气味刺鼻的工业废水打交道。当时，只要把废水处理成透明，减少有毒有害物质，达到标准就算是大功告成。“当时对工业环保的追求仅仅是达标排放，”潘教授说，“但实际上达标后的水质也不见得有多好，到今天人们对环保和治污的认识更深入，懂得无色的水可能依然有毒。所以现在更讲究污水深度处理，进一步减少对环境和人类健康的潜在危害。”
比如以往国家对工业废水中重金属铬的数量，要求达到0.5个单位就能排放，可是现在只有减少到0.05个单位才能排放，环保标准整整提高了十倍。也就是说，现在污水不仅要先“养颜”，还要继续“排毒”。
可是把有毒的水变成彻底无毒的水是个很大的挑战，比如废水中的重金属、氮和磷，还有生活用水中的砷和氟，有潜在毒性，但因为它们的含量已经比较低，但是传统的过滤分解材料，对它们几乎无计可施。所以2005年，潘教授开始把目光转向了*新的纳米材料。
潘丙才和他的同事们设计了一种环保纳米材料，记者在实验室里刚看到的时候，以为只是一些五颜六色的小沙粒——准确的说是沙粒大小的小球。谁知这小小的球里却大有文章。
给纳米“建房子”攻克应用难题
原来，这个小球里，有一个特殊材料制成的球形框架，丁点儿大的空间被精妙地分成了密密麻麻的小隔间。每个小隔间只有几纳米大，里面还放着特别的1纳米大小的物质。当然，这一切只能在显微镜下才看得到。
如果把无数的这种特殊小球放进水处理设备的过滤筒中，就形成了特殊的过滤层。这种过滤层和常见的过滤层不同，水流会快速地通过，不会淤积堵住，而转眼间水中的有毒有害的重金属和化学物质，就被一个个小球内的纳米物质捕捉分离出来。潘教授说，处理不同的污水，对付其中不同的有毒物质，可以用不同功能的小球。过滤后的水质，都能达到甚至远远超过现行的国家环保标准。不仅如此，使用过的小球还可以抽出来，经过处理，把里面的重金属或者化学物质统一采集出来。比如从无数吨废水中过滤出的微量的铜，*后居然能从小球里分离集中成一个小铜块。处理过的小球还可以重新使用。这个过程就好比是把海绵里的水挤干后，重新利用。
纳米的概念非常时髦，但是在真正到应用中有很多挑战，研究起来破费周折。据潘丙才介绍，在物理化学的角度上讲，物质越小越活泼，所以纳米尺寸的材料就很难控制。比如：几个纳米颗粒放在那里，它会自动团聚在一起，形成大一点的微米颗粒，想人为分开却很难。另外，纳米级颗粒太活泼了，化学性质也不稳定，比如纳米铁，很容易在空气中与氧气发生反应自燃。所以让无数纳米级的颗粒，安安稳稳地固定在沙粒般大小的小球里，真是难上加难。
对这种纳米小球的研发，潘教授和团队攻关了很多年，现在还在不断地改进升级技术。而这种技术当年几乎是和美国同步开始研究，现在却已经获得了11项中国国家专利，还有7项国际专利，在世界上遥遥领先。
从2008年开始，潘教授的团队已经开始能批量生产这种小球，并用于污水的深度处理。不仅仅是工业废水，这项技术还可以处理居民的生活用水。前几年，受到山西某地政府的邀请，潘教授和同事们用纳米小球过滤当地地下水中的砷。他回忆说，当地地下水中砷的含量是400微克/升，而国家生活用水的标准是不到10微克/升，所以足足超标40倍，很多居民都有手脚皮肤溃烂等砷中毒症状。当地曾试用过很多环保材料除砷，但*后只有这种纳米小球真正发挥了作用，让居民用上了干净安全的水。