注入石墨烯治黑臭 河道恢复30年前模样

曾经的黑臭河道如何变清?上海市石墨烯产业技术功能型平台董事长孟岩介绍,上海大学研发的石墨烯复合材料发挥了关键作用。去年6月以来,上海大学副校长吴明红教授团队与石墨烯功能型平台合作,在宝山区6条河道开展示范工程,取得很好效果。双方还合作开展钠离子电池中试,有望把这一石墨烯成果应用于国家电网。

注入石墨烯治黑臭 河道恢复30年前模样

图片说明:工作人员添加石墨烯复合材料治理黑臭河道。赖鑫琳摄

去年10月,宝山区尖头村河因连续3个月水质黑臭,引起区委、区政府高度关注。如今,河道大为改观,河水各项指标均已达标。记者近日来到尖头村河畔,没闻到任何异味。离尖头村河不远的九龙港河,水质也不错,还看到一只白鹭在河中绿地栖息。

曾经的黑臭河道如何变清?上海市石墨烯产业技术功能型平台董事长孟岩介绍,上海大学研发的石墨烯复合材料发挥了关键作用。去年6月以来,上海大学副校长吴明红教授团队与石墨烯功能型平台合作,在宝山区6条河道开展示范工程,取得很好效果。双方还合作开展钠离子电池中试,有望把这一石墨烯成果应用于国家电网。

跟踪上大创新策源成果

石墨烯是一种只有一个碳原子层厚度的二维空间材料,强度极高,比表面积巨大,导热导电性能优越。2010年,英国曼彻斯特大学科学家海姆、诺沃肖洛夫因从石墨中分离出石墨烯,获得诺贝尔物理学奖。

2017年10月,中国科学家的一项研究成果引起世界瞩目,吴明红等人的论文《通过离子控制石墨烯氧化膜层间距实现离子筛分》在《自然》杂志上发表,在国际上首次提出可通过溶液中的离子精确控制石墨烯氧化膜的层间距,控制精度达十分之一纳米。今年1月,上海大学牵头完成的“石墨烯微结构调控及其表界面效应研究”获国家自然科学奖二等奖。

如何推动这类成果转化为生产力?早在2016年,石墨烯功能型平台就开始关注吴明红团队发表的论文,与他们持续深入交流。孟岩说,检索国际知名期刊的石墨烯论文,分析全球石墨烯专利情报,是石墨烯功能型平台的日常工作。作为上海首批研发与转化功能型平台之一,平台紧盯国内外学术界、产业界的研发动向,着力构建石墨烯技术创新、中试及产业化的核心服务能力,力争把上海打造成这一前沿技术的创新策源地。

据宝山区科委介绍,平台与上大的合作得到市科委和宝山区委、区政府等部门的支持,被列为宝山和上大区校合作的重点项目。

河道示范工程效果显著

去年5月,上大科研团队在校园里完成石墨烯复合材料治理小型水体试验,这是“精确控制石墨烯氧化膜层间距”成果的一个转化应用方向。上海大学环境与化学工程学院教授唐量称,他们把石墨烯氧化膜的层间距调控到适合微生物生存的尺度,随后把工程菌植入石墨烯氧化膜,构成石墨烯工程菌复合材料。

石墨烯与工程菌结合,具有“1+1>2”的治水效果:一方面,石墨烯凭借巨大的比表面积和一定的催化活性,能吸附水体污染物并降解部分有机分子;另一方面,工程菌以石墨烯材料为载体生存繁衍,不断分解水体污染物,并把石墨烯吸附的有机碳污染物作为“食物”。“石墨烯工程菌复合材料能从生物链底端开始修复水生生态环境,对水体及水生生物无毒无害,不会造成二次污染。”唐量说。

用这种新技术治理河道的效果如何?校内试验结束后,石墨烯功能型平台立即与宝山区科委和城市工业园区管委会沟通,希望启动示范工程。去年6月底,上大与平台联合团队领到一项艰巨任务,即治理园区内污染最严重的小孟家宅河。那时正值盛夏,小孟家宅河散发着臭味。示范工程团队把一桶桶含有石墨烯复合材料的微生物制剂运到河畔,定时定量注入河中。他们还在河中安装多台水泵,让石墨烯工程菌复合材料流到河道各个角落。令人欣喜的是,一个月后,小孟家宅河的蓝藻和臭味消失了,氨氮含量从13.6毫克/升降至1.5毫克/升,透明度从20厘米升至90厘米。当地村民说:“这条河恢复到了30年前我小时候的模样。”

初战告捷后,宝山城市工业园区管委会又陆续提供了5条河道,签约治理时间为一年。目前,6条河道都在治理过程中,其水质指标均已达到地表Ⅴ类水标准,部分指标达到地表Ⅳ类或Ⅲ类水标准。

为钠离子电池建中试线

示范工程开展,让水体治理新技术快速走上市场化道路。近日,上海大学与石墨烯功能型平台在宝山区联合成立一家环保科技公司,上大将5件专利许可给公司使用。唐量说,他们已与北京、江苏、福建、湖南等多地政府部门接洽,争取今年把石墨烯工程菌复合材料用于更多的受污染水体治理,助力生态文明建设。

国家自然科学奖成果的转化方向远不止水体治理。凭借精确控制石墨烯氧化膜层间距技术,上大团队研制出钠离子电池的石墨烯负极材料。与传统电池负极材料相比,这种材料能储存大量钠离子,大幅提高电池容量。与市场上的锂离子电池相比,以普鲁士蓝为正极、石墨烯材料为负极的钠离子电池有望在成本上降低30%—50%,且安全性更高。应用前景广阔,上大科研团队已与国家电网签约,钠离子电池问世后,将在电网发电端、配送端、使用端投入使用。

为尽快将这个实验室成果转化为产品,石墨烯功能型平台再次发挥中试平台功能,决定建一条中试生产线,围绕钠离子电池生产中的一系列工艺问题开展研发试验。这种专业化中试服务,高校很难提供,大多数企业缺乏服务能力或投资动力。为此,上海市区两级政府出资建设了一批研发与转化功能型平台,旨在填补科技成果转化链上的缺口。上大石墨烯研发团队正是这一创新之举的受益者。“不久以后,我们就能在功能型平台的中试基地进行产业化研发,还能使用基地里的许多共享设备。”唐量说,“这让我们有信心在年内研制出钠离子电池,供国家电网试用。”

本文来自解放日报,本文观点不代表石墨烯网立场,转载请联系原作者。

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