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西南石油大学新技术:十分钟,将污水变废为宝
2018年7月25日 来源: 中国科学报

    “我们的技术处理一吨印染污水的成本约为5元,传统技术约为17元,而且我们处理后的水质可达到1 级排放 A 标准。”西南石油大学石油与天然气工程学院2017级博士生石晛说的这项污水处理技术是“活性氧(Reac-O2)污水处理剂”。


    凭借这项技术,石晛带领团队一路过关斩将,在第三届中国“互联网+”大学生创新创业大赛全国总决赛中斩获银奖。


    一次偶然结缘污水净化


    与污水的“结缘”是一次偶然,这要从石晛的一次现场实习说起。


    有一次打井施工,石晛看到一只鸟喝了一口污水储存池的水就直接死掉了,“当时突然心里一震”。石晛觉得,虽然油田要增产,但是不该以牺牲环境为代价,如果能研发出一种高效净水的处理剂,一定是十分有意义的事情。


    于是石晛一头扎进了污水净化处理的研究中。在第三届中国“互联网+”大学生创新创业大赛开始报名时,石晛把实验室参与研发的同学拉到一起组队参赛。


    据石晛介绍,目前大多污水治理采用的方法是物化法、生化法等,基本属于末端治理,即先污染后治理。从处理效果来看,不但无法解决环境污染问题,而且成本较高,甚至可能造成二次污染,导致环境进一步恶化。


    能否利用某些新兴技术来优化传统污水处理工艺,既能降低处理成本,又能提高净化能力?石晛团队迈上了探索之路。


    交叉学科开启大门


    交叉学科给石晛开启了新的大门。石晛平时喜欢看一些交叉学科的文献,在一次阅读中,他发现了光催化这种新兴技术。团队的研究找到了突破口。


    光催化剂在紫外光的辐照下发生光反应,进而与污水中的有机污染物发生反应,达到净化污水的目的。但是不能响应可见光让处理成本大大提高,阻碍了它的大规模工业化应用。太阳光能量中紫外光部分仅占4%,而可见光部分占43%。“有没有一种可以响应可见光的催化剂?”石晛自问。


    为了找到能响应可见光的催化剂,石晛带着团队成员没日没夜地查文献、找资料、做实验。“那段时间整天泡在实验室,不断尝试、失败、自我否定……”团队成员陈杰说。


    功夫不负有心人,经过不断的实验,他们找到了一种新兴的响应可见光催化剂——铋基光催化剂。这种材料的催化剂能够响应可见光,在可见光的照射下就可发生光反应过程,大大降低了能源成本。

  

    新的“拦路虎”出现


    虽然找到了响应可见光的催化剂,但是新的“拦路虎”出现了:铋基光催化剂虽然已经表现出良好的光催化性质,但是光利用率偏低,仍有可改善的地方。于是整个团队开始着手研究如何增强铋基光催化剂的光催化活性机理。


    因为之前没有多少人研究,可参考的文献又少,团队只能反复试验。他们通过使用不同的溶剂、控制反应温度和反应时间等,逐一测试、排查,慢慢探索合成样品,探究在什么条件下催化剂的光利用率最大、效果最好,分析优势,发现弊端,并逐一攻克。


    就这样,历时四个多月,经过数千次的实验、对比,石晛带领团队终于合成出了一种光利用率高、性能稳定、成本低的催化剂:Reac-O2污水处理剂。


    Reac-O2 污水处理剂可在可见光的激发条件下产生活性极强的活性氧物种,活性氧物种几乎能无选择性地将废水中难降解的有机污染物氧化降解成无毒或低毒的小分子物质,达到无害化目的。


    “我们将传统技术针对有机污染物的十多项处理程序简化为两道工序,普通处理剂需要经过一个小时完成净化的污水,使用Reac-O2污水处理剂半小时内就能完成净化,且其作用远远高于普通处理剂。”石晛说,一般的污水最快十分钟就能完成净化处理。


    据陈杰介绍,催化剂还可循环利用,Reac- O2 污水处理剂可重复循环使用至少30 次,且有机毒物降解效率仍可达到85%,具有很高的稳定性及可循环利用性,大大降低了处理成本。


    比赛中,很多专家用“神奇”来描述此项技术。“这是个绿色环保的项目,也是科技含量很高的一个项目,更是一个利国利民的项目。”评审专家如此评价。


    如今,这项技术已经走出了实验室,走向了市场。项目先后与成都两家公司达成总计2500万元的合作意向,并逐步打开印染污水和油田污水的市场。“预计在2年内打开全国生活、工业污水处理市场。”石晛说。


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