光催化技术：有机污染物的“克星”避免二次污染
[导读] 浙江理工大学材料与纺织学院教授王晟和他带领的光催化纳米材料研究团队长期致力于寻找有效去除有机污染物的方法,并最终找到了对付有机污染物的“克星”,而且成功地运用在了宁波童王河的治理中。
在当前诸多环境污染问题中，有机污染物(如农药、染料)已经成为环境科学工作者广泛关注的焦点。有机污染物难降解，大多具有“致癌、致突、致畸”的三致效应和遗传毒性，即使浓度很低也会对生物体造成伤害。
2007年，由于有机物污染导致的太湖蓝藻大爆发至今让很多人记忆犹新。几十厘米厚的蓝藻覆盖水面，阵阵恶臭扑鼻，蓝藻所到之处鱼虾死绝，水龙头里放出的水又黄又臭，两百多万无锡市民面临生活饮用水危机。据不完全统计，长三角地区大部分水域都不同程度地受到蓝藻影响。
浙江理工大学材料与纺织学院教授王晟和他带领的光催化纳米材料研究团队长期致力于寻找有效去除有机污染物的方法，并最终找到了对付有机污染物的“克星”，而且成功地运用在了宁波童王河的治理中。“避免二次污染是光催化技术的最大亮点。”王晟介绍，光催化技术最大的特点就是在阳光照射的条件下可以将有机物安全地转变为二氧化碳和水等无机物，整个过程不需要其他化学辅助剂，反应条件温和，无二次污染。
光催化的神奇作用
“与金属离子等无机物相比，水体中的有机物难以运用现有治理技术处理，而上世纪70年代出现的光催化技术逐渐显示出无可比拟的优势。要治水，就要恢复水生态平衡，其中的关键就是要去除水中复杂难降解的有机物。”王晟说道，传统的物理吸附法、化学氧化法、微生物法和高温焚烧法都存在这样或那样的缺陷，比如效率低、易产生二次污染、适用范围窄、能耗高。
据王晟介绍，以纳米二氧化钛为代表的光催化剂由于其被光激发后产生的带正电的空穴和带负电的电子具有强氧化性和强还原性，能将几乎所有的有机污染物分解成二氧化碳，整个过程不需要其他化学辅助剂，反应条件温和，无二次污染，运行成本低，而且可充分利用廉价环保的太阳光作为反应光源。这种光催化分解有机物的方法在废水净化、废气净化等领域被广泛研究，应用前景十分广阔。
好马配好鞍
但是，随着研究的深入，王晟碰到一个两难困境，这也是长期以来困扰光催化技术走向实际应用的瓶颈。如此“好用”的光催化技术，却面临着一个实际应用难题：找不到合适的“容器”去装光催化剂。
据了解，二氧化钛受紫外光激发后所具有的强氧化还原性对于分解对象无选择性，如果直接复合到有机物基体材料中，会缩短有机物基体材料的使用寿命；如果直接将二氧化钛投入反应溶液中，则会形成悬浊液体系，即使二氧化钛对有机污染物具有良好的反应效率，也会因为无法回收二氧化钛而导致二次污染。
“光催化技术自1972年在日本诞生以来，始终没有在日本大面积推广也正是因为这个原因。”王晟说道，长久以来科学家始终不能找到一个适合用来放置光催化剂的“容器”。
随着不断的尝试和努力，一条不同寻常的思路在王晟的头脑中渐渐清晰：在二氧化硅层和纳米二氧化钛之间制造一个水和空气可自由透过的纳米空间，把这个空间作为有效的反应场所来催化反应的进行。通过大量的试验，王晟和他的团队终于成功制备出中空型界面光催化剂——具有核、壳结构的二氧化硅包覆二氧化钛粒子。这种中空结构避免了对于表面活性点的屏蔽，从而大幅度地提高了其催化活性，达到了既保护有机催化载体，又不损伤催化能力的目的。
王晟表示，他们已经与企业合作建成核、壳中空纳米材料中试化设备，并取得了降解蓝藻、降解垃圾填埋场渗滤液等实用化成果。
实践中大显身手
随着“容器”问题得以解决，王晟团队的光催化治污水技术终于被成功地运用到了宁波童王河的整治中去。
据了解，王晟团队和宁波天河生态水景科技有限公司正在合作义务整治童王河，并运用和校验他们研发的先进的光催化治理污水技术。
“把光催化特种纤维做成各种形态，比如‘人工草毯’、‘人工网床’等形式，放置在水中。”王晟说，这样，在太阳光照下，造成河水黑臭的有机污染物将很快被清理干净。之后还将对河道进行微生物和沉水植物治理，这两种技术主要针对氮、磷、重金属离子等河道中的其他污染物。
据相关部门检测，童王河的主要技术指标将已经达到地表水Ⅲ类标准，透明度至少达到了1.5米，同时也开创了国内首个大规模运用光催化技术治理河水的成功先例。据悉，这种安全高效的光催化水生态综合修复技术将会在浙江省“五水共治”中大显身手。
