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      清華研發(fā)可用于油水分離和水凈化處理雙層TiO2基網(wǎng)膜

      2014-04-09 17:03:43 admin 249
      來(lái)源:清華學(xué)通社記者 孫蒙蒙 / 時(shí)間:2013-11-29 9:02:23
        據(jù)清華新聞網(wǎng)2013年11月28日訊 隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展和全球人口快速增長(zhǎng),水污染問(wèn)題變得日趨嚴(yán)重。據(jù)世界衛(wèi)生組織調(diào)查,世界上有多達(dá)70%的人不能享用到安全衛(wèi)生飲水。水污染治理作為一項(xiàng)全球性課題,正受到越來(lái)多的關(guān)注。有機(jī)物污染作為水體主要污染物之一,在工業(yè)廢水、石油廢水、生活污水等中大量存在,對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)健康造成嚴(yán)重威脅。而目前,對(duì)于水中有機(jī)物污染的處理研究,主要集中在有機(jī)物降解和污染物油水分離兩個(gè)方面。
        在清華大學(xué)參加第十三屆“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽的獲獎(jiǎng)項(xiàng)目中,來(lái)自材料學(xué)院的高常銳、林鑫同學(xué)的《可用于油水分離和水凈化處理的雙層TiO2基網(wǎng)膜》項(xiàng)目提出了一種制備親水、親油的雙層TiO2基網(wǎng)膜的方法,創(chuàng)新性地將“油水分離”的物理過(guò)程與“TiO2光催化”進(jìn)行有機(jī)物講解的化學(xué)過(guò)程相結(jié)合,將油水分離和有機(jī)物降解兩個(gè)步驟合二為一,極大地提高了水凈化效率。 

       

      膜分離設(shè)備

      林鑫在全國(guó)挑戰(zhàn)杯答辯現(xiàn)場(chǎng)


        說(shuō)到這項(xiàng)研究,不得不從材料學(xué)院2009級(jí)本科生高常銳大三時(shí)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展科技創(chuàng)新課題說(shuō)起。剛開(kāi)始做研究時(shí),考慮到實(shí)驗(yàn)室整體的研究方向,基于對(duì)有機(jī)物降解的光催化技術(shù)、油水分離材料技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及前沿進(jìn)行充分考察,他選擇了“油水分離”的課題,從紫外光下材料轉(zhuǎn)化的路線深入,同時(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)室正進(jìn)行的TiO2網(wǎng)膜課題,逐步探索是否可以用一個(gè)裝置同時(shí)實(shí)現(xiàn)油水分離和可溶有機(jī)污染物降解。
        實(shí)驗(yàn)伊始可謂困難重重,簡(jiǎn)單的TiO2網(wǎng)膜合成就成了第一只“攔路虎”,幸而導(dǎo)師耐心細(xì)致地從*簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)教起,啟發(fā)了高常銳將具有光催化性質(zhì)的TiO2和具有特殊浸潤(rùn)性的油水分離材料進(jìn)行結(jié)合,*終成功合成了課題關(guān)鍵的TiO2網(wǎng)膜材料——一種雙層網(wǎng)膜結(jié)構(gòu),即:上層為具有微米納米復(fù)合表面結(jié)構(gòu)的TiO2負(fù)載銅網(wǎng),下層為ODP(磷酸十八酯)修飾的TiO2負(fù)載銅網(wǎng)。這種雙層TiO2基網(wǎng)膜可在下層分離不互溶的油和水,實(shí)現(xiàn)油水分離功能;之后在紫外光照下,在上層通過(guò)TiO2光催化反應(yīng)降解有機(jī)污染物,實(shí)現(xiàn)水凈化功能,從而將兩個(gè)步驟整合于一個(gè)裝置之內(nèi)。 

       

      膜分離設(shè)備


        日積月累的不斷思考與勤奮實(shí)驗(yàn),高常銳*終將成果轉(zhuǎn)化為論文《可用于油水分離和水凈化處理的雙層TiO2基網(wǎng)膜》(Integrated oil separation and water purification by a double-layer TiO2–based mesh, 2013,6,1147-1151),以第一作者身份(通訊作者為清華大學(xué)化學(xué)系副教授馮琳)發(fā)表在SCI期刊《能源和環(huán)境科學(xué)》(Energy & Environmental Science)上,論文影響因子高達(dá)11.6。本科生以第一作者的身份發(fā)表如此高質(zhì)量的論文,這在清華也是不多見(jiàn)的。
        在老師的鼓勵(lì)下,高常銳申報(bào)了“挑戰(zhàn)杯”比賽,由于他已臨近畢業(yè),即將赴美國(guó)西北大學(xué)攻讀博士學(xué)位,研究項(xiàng)目的后續(xù)進(jìn)展主要就落到了他的師妹——材料學(xué)院2010級(jí)本科生林鑫的肩上,她需要推動(dòng)項(xiàng)目從實(shí)驗(yàn)室的學(xué)術(shù)科研向產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用的轉(zhuǎn)化,因此需要在污水處理上查閱更多的資料,對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行補(bǔ)充和豐富。
        那時(shí),越洋的郵件載著這項(xiàng)課題的思路與方法,頻繁地在清華大學(xué)、西北大學(xué)實(shí)驗(yàn)室間往返。此外,林鑫還利用假期看文獻(xiàn)、學(xué)習(xí)儀器的使用,課余時(shí)間也全都在實(shí)驗(yàn)室里度過(guò),還為了求教問(wèn)題往導(dǎo)師辦公室“跑斷了腿”,并將未理解的細(xì)節(jié)與師兄師姐探討,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的充足準(zhǔn)備才著手推進(jìn)項(xiàng)目研究。
        *終,經(jīng)過(guò)高常銳和林鑫的共同努力,項(xiàng)目得到了全面的完善。經(jīng)過(guò)對(duì)污水處理的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,雙層TiO2基網(wǎng)膜對(duì)油水分離和水凈化的效果都很理想,不互溶的油和水可迅速得到分離,而有機(jī)污染物的被降解程度在2小時(shí)內(nèi)高達(dá)95%,而之前一般TiO2網(wǎng)膜處理COD表征效果大概是30~50%,這極大地提高了污水處理的效率。而且,這種雙層網(wǎng)膜的制備方法、過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單,原料成本較低,且可以重復(fù)使用,并適用于相對(duì)極端環(huán)境,具有很高的實(shí)用價(jià)值。雖然距離工業(yè)化還有一段距離,但在參賽過(guò)程中,評(píng)委們一致認(rèn)定,該項(xiàng)目成果“在未來(lái)的污水處理領(lǐng)域中擁有廣闊的發(fā)展前景”。
        參加“挑戰(zhàn)杯”比賽,也給高常銳和林鑫留下了難忘的回憶。在導(dǎo)師、輔導(dǎo)員和實(shí)驗(yàn)室?guī)熜謳熃愕难壑校叱dJ是一個(gè)穩(wěn)重自信,有著自己節(jié)奏的人,無(wú)論遇到任何困難,他始終對(duì)自己的作品充滿自信。林鑫也在研究探索中找到了興趣所在:“我覺(jué)得做科研還是挺有意思的,希望能繼續(xù)挖掘”。他們和同伴們?yōu)轫?xiàng)目申請(qǐng)了一項(xiàng)專(zhuān)利,雖然還沒(méi)有和公司合作,但都希望能通過(guò)自己的努力,加強(qiáng)跨學(xué)科合作,繼續(xù)完善、推進(jìn)項(xiàng)目向真正工業(yè)化生產(chǎn)邁進(jìn)。
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