登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
在第20届中国科协年会闭幕式上,中国科协副主席、国际宇航科学院院士李洪对外发布由中国科协组织征集遴选的60个重大科学问题和重大工程技术难题,涉及公共安全、空天科技、信息科技、医学健康等12个领域。李洪说:“这些(问题)代表了我国科技领域真正的‘硬骨头’”。
材料抗菌防霉性评价实验室
中国建材总院绿色建筑材料国家重点实验室
中国建筑材料科学研究总院有限公司(以下简称中国建材总院)提出的高活性可见光催化材料,被列入60个重大科学难题之一。
高活性可见光催化材料是一种什么样的材料,为什么研究该材料,这种材料研究的科学问题、技术难度点在哪?笔者就此进行了深入了解。
关乎国计民生的大事
“高活性可见光催化材料”是一种利用光催化技术的原理,在可见光或者LED灯下,能捕获有机污染物,通过氧化还原反应将有机物完全分解为无污染的二氧化碳和水。这种材料与吸附型的净化材料有明显区别。
吸附型净化材料,只是将污染物吸附到吸附剂中,虽然污染物发生转移,但并没有被分解,同时材料饱和后将不再吸附,对污染物不再具有净化效果。高活性可见光催化材料则将污染物通过化学反应分解为无污染的无害物,达到降解作用,也不存在吸附饱和问题,如果材料稳定,将会一直分解有机物,起到永久净化的目的。
因为能有效去除污染物,高活性可见光催化材料研究也成为关乎国计民生的大事。
目前,室内污染是人类健康的一大杀手。据流行病学统计,在我国,白血病的自然发病率约为十万分之四,每年新增约4万名白血病患者,其中40%是儿童。医学界普遍认为,除了家族遗传,环境污染应是儿童白血病的重要诱因。
家庭装修会带来室内环境污染。资料表明,居室中常见的有害物质,仅美国环保署正式公布的就有189种,其中危害较大的主要有甲醛、苯系物、氨、三氯乙烯和石棉等。
如果将高活性可见光催化材料用于室内涂装材料,能有效降解室内有机污染物。
对建筑外墙,高活性可见光催化材料也能起到清洁以及缓解大气污染的作用。
它能将自然界存在的太阳光能转换为化学反应所需的能量,用于发生催化作用,使周围的氧气及水分子被激发成极具氧化力的OH·及O2-自由基离子,不仅能起到净化作用,还能缓解大气污染,并将能源有效利用。
水是生命的源泉,是人类赖以生存和发展的不可缺少的最重要的物质资源之一。
“高活性可见光催化材料”还能用于水污染净化,将水体中有机物包括液相染料、重金属等完全降解或无害化。” 中国建材总院水泥科学与新型建筑材料研究院环境材料科学与工程研究所所长、博士生导师冀志江教授举例说,偶氮芳香染料如甲基橙和亚甲基蓝,是造纸、皮革、化妆品、药品和其他工业中最主要的有毒污染物和合成染料。直接排放未经处理的染料会毒害水生生物,并间接影响人类健康。
基础研究存在三大瓶颈
然而,目前国内外对“高活性可见光催化材料”的认识多局限于基础研究。真正实现产业化应用的研究成果还比较少,现已成为全人类面临的一个急需解决的重大科学难题。目前国内外研究存在三大瓶颈:
一是光催化效率有待提高。光催化效率是评定一种催化剂性能的重要指标之一。光催化效率高就能短时间内将有机污染物完全降解,及时有效地缓解环境污染问题。同时高效率的催化剂可用较少的量发挥更大的净化作用。
二是实现可见光催化难。普遍的光催化材料在紫外光条件下活性较高,而在可见光下活性很低,例如大家普遍认可的在紫外光下高效的光催化剂——商用P25,然而紫外光在太阳光中仅约占5%,所以在太阳光下,这种催化剂光利用效率很低,光催化效率也低,大大限制了它的应用。若催化材料在可见光下活性高,那么在LED灯下就能净化空气污染物,从而室内空气污染问题就迎刃而解。
三是难以实现工业化生产。实验室研究可以不考虑成本、能耗、环保、稳定性等问题,进行了一百次实验,成功了一次就是成功了,但只证明了可行性。在实际放大生产过程中,制备条件并不能像实验室条件可控以及稳定,存在很多不可控的因素,因此开发一种可行的、稳定的制备方法是实现光催化剂工业化应用的关键问题所在。同时工业化生产中还要考虑成本、能耗、环保、产率、技术可操作性、稳定性等问题,进行了一百次工业化生产,如果有一次不成功那就是百分之一不合格。
“通过化学改性的手段,在TiO2结构中引入金属、非金属来提高其可见光活性,还可开发一种新型的可见光催化材料,例如氮化碳(C3N4)光催化材料,氮化碳是近几年来新兴的非金属半导体材料,在可见光下可高效降解有机污染物。C3N4与TiO2复合形成异质结也是一种策略,既能实现可见光响应,又能改善催化效率。当然还有TiO2与石墨烯、碳量子点、铋系材料复合形成的异质结催化剂。”冀志江说,“在工业化中真正实现效果显著、能够解决问题的可见光目标还未达到。”
虽然目前我国在基础研究上做了大量工作,一直推进工业化生产,但实验室和产业化应用间还是有一定差距。
“例如,目前大家比较认可的明星光催化材料是德固赛P25,不管是在基础研究还是工业化生产方面,目前我们评价一个催化剂性能的好坏都是以P25为衡量标杆,它具有稳定的光催化净化能力,也实现了批量产业化生产。”冀志江同时提道,在真正使用上,P25还是有局限性,比如在催化剂回收再利用方面,水净化后要将P25催化剂回收,由于催化剂的纳米尺寸效应,很难从水相中回收出固体催化剂,即使按照现有工艺回收,也需要很大的成本和精力。“这就是材料特性和工业应用之间的鸿沟。”
正推进大工业级生产和应用
“十三五”期间,中国建材总院制备高活性光催化材料已取得一定成果。在可见光响应和团聚分离方面,中国建材总院已取得显著进展。
“一方面,采用矿物负载技术解决了纳米TiO2易于团聚的问题,改善了纳米催化剂的吸附能力,制备的TiO2/矿物复合催化材料具有优异的可见光净化性能。另一方面,通过调节TiO2的形貌或晶面,改善TiO2自身的催化性能。”冀志江说,“在基础研发过程中,中国建材总院分别研究水解沉淀法与溶剂热法两种制备工艺及性能优化,从设备选型、生产环境影响、废气废水处理及循环利用、经济效益等角度,对两种制备工艺进行了全面的可行性分析,目前在中试化生产阶段,已建成一条中试生产线,材料已经在涂装材料中应用,在这方面我们已有显著进展。”
他同时提到,目前中国建材总院制备的TiO2/矿物复合催化材料具有易于固液分离的优势,解决了回收问题,但在大工业级生产和应用过程中是否还存在其他难以解决的问题,有待进一步研究和实践验证。
在环境功能建材的研发和生产方面,中国建材总院有着很多的经验,例如长效抗菌防霉剂、硅藻土高效利用的生态环保涂料、电磁波吸收建筑材料、相变材料的生产等都实现了产业化,也得到了许多厂家的认可。“我们也希望凭借这方面的经验与优势,争取将催化材料更大规模地应用到建材领域,努力将我们的基础研发成果真正转化为产业。”冀志江说。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
四川省经济和信息化厅发布关于公开征求《四川省水泥行业常态化错峰生产管理实施细则(公开征求意见稿)》意见建议的公告,本细则适用于四川省内各类所有制水泥熟料生产线。全年生产特种水泥的水泥熟料生产线、以电石渣为唯一钙质原料的水泥熟料生产线、协同处置垃圾的水泥熟料生产线、日均处置危废实物
4月22日,甘肃发布关于开展全省住建领域大气等污染专项整治行动的通知,其中指出持续加强房屋市政工程施工扬尘防治、深化城市道路扬尘污染综合治理、推进供热设施提级扩面等主要任务。详情如下:甘肃省住房和城乡建设厅关于开展全省住建领域大气等污染专项整治行动的通知甘建质〔2024〕109号各市(州)
天津市市场监管委发布关于征求天津市强制性地方标准《工业炉窑大气污染物排放标准(征求意见稿)》意见的通知,本标准规定了水泥工业、电石炉、砖瓦工业、陶瓷工业、玻璃工业、耐火材料工业、炭素工业、有色金属冶炼和压延加工业、铸造和锻造工业等行业工业炉窑大气污染物有组织排放限值和无组织排放限
北极星大气网获悉,许昌市生态环境局发布《许昌市空气质量持续改善行动方案(征求意见稿)》,意见稿指出,加快淘汰落后低效产能,将大气污染物排放强度高、清洁生产水平低、治理难度大以及产能过剩行业的工艺和装备纳入淘汰范围,逐步退出限制类涉气行业工艺和装备。目标要求,到2025年,细颗粒物(PM
安徽省生态环境厅、安徽省市场监督管理局联合发布《汽车维修行业大气污染物排放标准》(DB34/4808-2024),2024年7月1日起实施。《标准》适用于现有汽车维修经营者大气污染物排放管理,以及新、改、扩建项目的环境影响评价、环境保护设施设计、竣工环境保护验收、排污许可证核发及其投产后的大气污染物
安徽省《制鞋工业大气污染物排放标准》(DB34/4809-2024)于日前发布。《标准》规定了制鞋工业企业或生产设施的大气污染物排放限值、监测和监控要求,以及标准的实施和监督等相关规定,围绕“加严有组织排放限值、增加无组织管控要求、强化污染物监测要求”三个方面制定。在有组织排放管控方面,依据行
天津市市场监督管理委员会发布《橡胶制品工业大气污染物排放标准》(征求意见稿)。本文件规定了橡胶制品工业大气污染物排放控制要求、监测和监督管理要求。适用于现有和新建橡胶制品工业排污单位的大气污染物排放管理,以及建设项目的环境影响评价、环境保护设施设计、竣工环境保护验收、排污许可证核
重庆市公共资源交易网发布重庆恩力吉投资有限责任公司大气污染深度治理技改项目(热岛中心锅炉烟气超低排放改造项目)总承包招标公告,项目预算4000万,详情如下:1.招标条件本招标项目大气污染深度治理技改项目(热岛中心锅炉烟气超低排放改造项目)总承包已由重庆市长寿区经济和信息化委员会以重庆市
河南省人民政府印发《河南省空气质量持续改善行动计划》,以改善空气质量为核心,以降低PM2.5(细颗粒物)浓度为主线,以协同推进降碳、减污、扩绿、增长为总抓手,以减少重污染天气和解决人民群众身边的突出大气环境问题为重点,大力推动氮氧化物和VOCs(挥发性有机物)协同减排,加快推动产业结构、
外挂“作弊器”,不合格车辆摇身一变成合格;无中生有,凭空捏造检测数据;断电停产应付执法检查,欲盖弥彰;超标排污,污染环境……对于恶意的、造成实质性污染的违法行为,生态环境部门坚决依法严厉查处,绝不手软。现通报2023年度八起生态环境违法典型案例,以供警示借鉴。案例一:机动车排放检验机
四川省生态环境厅发布陶瓷工业大气污染物排放标准(DB513165-2024FDIS),本标准规定了陶瓷工业企业的大气污染物排放限值、控制要求、污染物监测要求及实施与监督等相关规定,适用于现有陶瓷工业企业或生产设施的大气污染物排放管理,以及陶瓷工业建设项目的环境影响评价、环境保护设施设计、竣工环境保
中国环保产业协会发布2023年二噁英污染防控评述及2024年发展展望。为及时反映生态环保产业过往一年的发展动态,预测新一年的发展趋势,我会组织各分支机构编写了《2023年行业评述及2024年发展展望》,供环保企事业单位、专家和管理者参考。本文为《2023年二噁英污染防控评述及2024年发展展望》,作者为
中国招标投标公共服务平台发布湖北鸿路钢结构有限公司挥发性有机污染物废气治理提标升级改造工程项目(车间收集系统、管路输送系统、尾气处理和末端排放系统、吸附转轮)采购项目招标公告,项目预算1148万元,详情如下:
北极星固废网获悉,6月16日,生态环境部发出修订后《关于印发〈中国严格限制的有毒化学品名录〉(2023年)的公告(征求意见稿)》(下称《征求意见稿》),现公开征求意见,征求截止于6月26日。《征求意见稿》拟作出如下修订:一是新增十溴二苯醚等两种类化学物质的有关内容。二是删除我国已淘汰化学物
西藏自治区人民政府印发《西藏自治区新污染物治理工作方案》,目标到2025年,完成国家发布的高关注、高产(用)量化学物质环境信息调查和一批化学物质环境风险评估;动态发布更新重点管控新污染物清单;对重点管控新污染物实施禁止、限制、限排等环境风险管控措施;逐步建立健全有毒有害化学物质环境风
北极星环保网获悉,2023年1月5日,江西省人民政府办公厅发布了关于印发江西省新污染物治理工作方案的通知,目标提到,到2025年,完成一批高关注、高产(用)量、高环境检出率、分散式用途化学物质的环境风险筛查与环境风险评估;动态发布江西省重点管控新污染物清单;对重点管控新污染物实施禁止、限制
为加强新污染物治理,保障生态环境安全和人体健康,福建省生态环境厅印发《福建省新污染物治理工作方案(征求意见稿)》。现公开征求意见。福建省新污染物治理工作方案(征求意见稿)新污染物是指新近发现或被关注,对生态环境或人体健康存在风险,尚未纳入管理或者现有管理措施不足以有效防控其风险的
为统筹推进新污染物治理,根据国务院办公厅印发的《新污染物治理行动方案的通知》(国办发〔2022〕15号)要求,结合我区实际,我厅牵头起草了《新疆维吾尔自治区新污染物治理工作方案(征求意见稿)》,现公开征求意见建议。新疆维吾尔自治区新污染物治理工作方案(征求意见稿)新污染物是指具有生物毒
北极星环保网获悉,9月26日,海南省生态环境厅发布关于公开征求《海南省新污染物治理工作方案(征求意见稿)》意见的函,《方案》提出,到2025年,完成国家重点清单物质与海南省第一批重点行业化学物质的环境信息调查与环境风险评估;动态发布海南省重点管控新污染物治理清单;力争完成一批重点管控新
在污水厂的污水处理过程中,除去对常规的有机污染物的去除之外,还有对营养元素的去除,这是为了污水中富集的营养元素不流入自然水体内。城镇生活污水中含有较高浓度的营养元素的物质主要以氮、磷的衍生产物为主,这些物质对自然水体内的藻类的滋生提供了充足的营养,使自然水体内形成富营养化的污染。
废水的可生化性(Biodegradability),也称废水的生物可降解性,即废水中有机污染物被生物降解的难易程度,是废水的重要特性之一。确定处理对象废水的可生化性,对于废水处理方法的选择、确定生化处理工段进水量、有机负荷等重要工艺参数具有重要的意义。目前对可生化性的参考一般以B/C比作为参考,其实
12月28日,辽宁省生态环境厅、省发展改革委联合召开“辽宁省清洁生产审核相关工作情况”新闻发布会。
随着社会进步和生活水平不断提高,环境污染和能源短缺成为可持续发展的巨大障碍。破解这些障碍的解决方法包括光催化降解有机污染物和光催化裂解水制氢(将太阳能转化为化学能)的绿色环保能源再生方法。因此,探索和开发能同时实现上述两种功能,性能优异、物理化学性质稳定、制备工艺简单、绿色环保、成
由河北工程大学开发的一种新型光催化材料日前通过验收,该材料可显著提升现有的光催化污水处理技术。在传统的光催化材料中,二氧化钛因其具有无毒、化学稳定性好、氧化能力强、无二次污染等优点而被广泛关注。然而,二氧化钛太阳光能吸收率较低、分离和再生性及循环使用性能差,限制了其应用。科研人员
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!