光催化技術：有機污染物的“克星”

　　在當前諸多環境污染問題中，有機污染物(如農藥、染料)已經成為環境科學工作者廣泛關注的焦點。有機污染物難降解，大多具有“致癌、致突、致畸”的三致效應和遺傳毒性，即使濃度很低也會對生物體造成傷害。

　　2007年，由于有機物污染導致的太湖藍藻大爆發至今讓很多人記憶猶新。幾十厘米厚的藍藻覆蓋水面，陣陣惡臭撲鼻，藍藻所到之處魚蝦死絕，水龍頭里放出的水又黃又臭，兩百多萬無錫市民面臨生活飲用水危機。據不完全統計，長三角地區大部分水域都不同程度地受到藍藻影響。

　　浙江理工大學材料與紡織學院教授王晟和他帶領的光催化納米材料研究團隊長期致力于尋找有效去除有機污染物的方法，并最終找到了對付有機污染物的“克星”，而且成功地運用在了寧波童王河的治理中。“避免二次污染是光催化技術的最大亮點。”王晟介紹，光催化技術最大的特點就是在陽光照射的條件下可以將有機物安全地轉變為二氧化碳和水等無機物，整個過程不需要其他化學輔助劑，反應條件溫和，無二次污染。

　　光催化的神奇作用

　　“與金屬離子等無機物相比，水體中的有機物難以運用現有治理技術處理，而上世紀70年代出現的光催化技術逐漸顯示出無可比擬的優勢。要治水，就要恢復水生態平衡，其中的關鍵就是要去除水中復雜難降解的有機物。”王晟說道，傳統的物理吸附法、化學氧化法、微生物法和高溫焚燒法都存在這樣或那樣的缺陷，比如效率低、易產生二次污染、適用范圍窄、能耗高。

　　據王晟介紹，以納米二氧化鈦為代表的光催化劑由于其被光激發后產生的帶正電的空穴和帶負電的電子具有強氧化性和強還原性，能將幾乎所有的有機污染物分解成二氧化碳，整個過程不需要其他化學輔助劑，反應條件溫和，無二次污染，運行成本低，而且可充分利用廉價環保的太陽光作為反應光源。這種光催化分解有機物的方法在廢水凈化、廢氣凈化等領域被廣泛研究，應用前景十分廣闊。

　　好馬配好鞍

　　但是，隨著研究的深入，王晟碰到一個兩難困境，這也是長期以來困擾光催化技術走向實際應用的瓶頸。如此“好用”的光催化技術，卻面臨著一個實際應用難題：找不到合適的“容器”去裝光催化劑。

　　據了解，二氧化鈦受紫外光激發后所具有的強氧化還原性對于分解對象無選擇性，如果直接復合到有機物基體材料中，會縮短有機物基體材料的使用壽命;如果直接將二氧化鈦投入反應溶液中，則會形成懸濁液體系，即使二氧化鈦對有機污染物具有良好的反應效率，也會因為無法回收二氧化鈦而導致二次污染。

　　“光催化技術自1972年在日本誕生以來，始終沒有在日本大面積推廣也正是因為這個原因。”王晟說道，長久以來科學家始終不能找到一個適合用來放置光催化劑的“容器”。

　　隨著不斷的嘗試和努力，一條不同尋常的思路在王晟的頭腦中漸漸清晰：在二氧化硅層和納米二氧化鈦之間制造一個水和空氣可自由透過的納米空間，把這個空間作為有效的反應場所來催化反應的進行。通過大量的試驗，王晟和他的團隊終于成功制備出中空型界面光催化劑——具有核、殼結構的二氧化硅包覆二氧化鈦粒子。這種中空結構避免了對于表面活性點的屏蔽，從而大幅度地提高了其催化活性，達到了既保護有機催化載體，又不損傷催化能力的目的。

　　王晟表示，他們已經與企業合作建成核、殼中空納米材料中試化設備，并取得了降解藍藻、降解垃圾填埋場滲濾液等實用化成果。

　　實踐中大顯身手

　　隨著“容器”問題得以解決，王晟團隊的光催化治污水技術終于被成功地運用到了寧波童王河的整治中去。

　　據了解，王晟團隊和寧波天河生態水景科技有限公司正在合作義務整治童王河，并運用和校驗他們研發的先進的光催化治理污水技術。

　　“把光催化特種纖維做成各種形態，比如‘人工草毯’、‘人工網床’等形式，放置在水中。”王晟說，這樣，在太陽光照下，造成河水黑臭的有機污染物將很快被清理干凈。之后還將對河道進行微生物和沉水植物治理，這兩種技術主要針對氮、磷、重金屬離子等河道中的其他污染物。

　　據相關部門檢測，童王河的主要技術指標將已經達到地表水Ⅲ類標準，透明度至少達到了1.5米，同時也開創了國內首個大規模運用光催化技術治理河水的成功先例。據悉，這種安全高效的光催化水生態綜合修復技術將會在浙江省“五水共治”中大顯身手。