三维石墨烯带队“治污者联盟”

科学技术的发展，为解决黑臭水体污染治理的世界性难题提供了新选择。我国科学家研发出一种新材料，将其平铺在黑臭水体表面，太阳光照射两周内，可明显改善水质。今年初，相关成果获得国家自然科学奖二等奖，拥有发明专利50多项，已在上海、安徽、江苏等地成功示范，正成为整治黑臭水体和污染防治的利器。

这一科研成果，由中科院上海硅酸盐研究所首席研究员、北京大学化学与分子工程学院教授黄富强带领两家科研机构，历经7年攻关获得。其成功研发的新材料，由三维石墨烯管和黑色二氧化钛两种特殊材料混合而成，治污原理是“物理吸附+光化学催化降解”。

有害有机物是黑臭水体的“元凶”，治理黑臭水体关键是消除这些有机物。自然环境条件下，借助生态的自修复功能，水体中的有害有机物可以自行降解，但污染严重的黑臭水体自修复能力很弱，生态净化周期会比较长。新材料可帮助黑臭水体加快有毒有机物的降解速度，缩短水体净化时间，并重新开启生态环境的自修复净化能力。

黄富强介绍：“三维石墨烯管负责快速、更多地牢牢‘抓住’各类有害有机物；黑色二氧化钛作为光催化剂，可对高达95%的全太阳光谱进行高效、充分吸收，进而快速地将捕获上来的有毒有机物降解为二氧化碳和水。”

普通的石墨烯是二维的，形似平铺的纸张，而该团队研制的三维石墨烯管犹如立体的“蜂巢”，比表面积和中空体积增大，对有毒有机物的“抓取量”大大增加。

二氧化钛由于只能吸收仅占总太阳能5%的紫外光，不能吸收可见光和近红外光，降解有机物的效率较低。为改善二氧化钛吸光效率、进而提升有害有机物的降解速度，黄富强团队采用特殊工艺，制备出的黑色二氧化钛实现了高达95%的全太阳光谱吸收。

中科院院士张洪杰认为，黑色二氧化钛是该成果“核心中的核心”。几年前，美国密苏里大学陈小波教授研发出黑色二氧化钛，将对太阳光的吸收效率从5%提升到30%，引起学术界关注。

除治理黑臭水体，黄富强团队研究的新材料在处理印染废水、制革废水等工业污水方面也有突出成效。例如，添加1克新材料可吸附1.476克铅离子，简单酸化处理后，重金属离子可回收并被加工成各类高附加值材料。

在示范应用期间，团队在上海、安徽、江苏等地共铺设新材料光降解网3000多张，覆盖水域总面积近4万平方米。

在上海天山公园和中山公园，团队将涂覆有新材料的光降解吸附网铺在湖面后，不动水底淤泥，吸附网就能将有机物分解为二氧化碳和水，进而提高水体含氧量，增强水体自净化和生态修复能力。

上海轻工业环境保护技术研究所检测中心和江苏省环境科学研究院环境工程重点实验室的检测结果显示，治理仅7天后，化学需氧量、氨氮、总磷等代表性指标均从劣五类水改善至五类水以上。

在安徽省肥东县，团队对定光河污染较严重的中上游河段进行了治理。肥东县环保局水环境管理科主任薛铁成说，定光河是典型的复合污染河道，此次治理后，污水各项指标的去除率达60%以上。

新材料还具备成本比较优势。黄富强介绍，将新材料与市面主流材料进行实验室对比测试，针对印染废水、制革废水、造纸废水等典型的难降解高浓度有机废水，市面材料20分钟可降解完成，而新材料只需2-3分钟，降解速度大幅提高，但制备成本与市面材料相当。

陈小波表示：“该团队研发的独特制备方法具有很多技术优势，让大规模低成本生产黑色二氧化钛成为可能，这是一项突破性成果，将有力促进该材料的实际应用和商业化。”

记者了解，目前，这一成果的两大关键材料已走出实验室，实现快速、无污染、低缺陷规模化制备，由团队自主设计、搭建的低成本技术生产线已具备50吨年产能。