披上這種水溶膠“外衣” 建筑物成了凈化空氣的“城市森林”

業界 | 2021-11-03 09:16:34
時間:2021-11-03 09:16:34   /   來源: 科技日報      /   點擊數:()

陜西科技大學前沿科學與技術轉移研究院利用仿生合成技術制備出一種無味透明水溶膠,這種水溶膠噴涂于建筑物外墻體,能持續有效分解大氣中的揮發性有機物、氨氣和臭氧,氧化固定氮氧化物和硫氧化物,抑制二次PM2.5形成。

4年來,通過在晉、陜、魯、冀等省20多個縣市區累計噴涂700多萬平方米建筑外表面的實踐證明:一種具有全波段光催化和低溫熱催化協同作用的多元金屬/金屬氧化物納米晶復合水溶膠,破解了無組織排放氣體污染物末端治理這一國際難題,可使區域空氣質量綜合指數改善率達10%—30%。

由陜西科技大學前沿科學與技術轉移研究院許并社教授領銜的環境功能納米材料研究組制備的這種水溶膠能持續有效分解大氣中的揮發性有機物、氨氣和臭氧,氧化固定氮氧化物和硫氧化物,抑制二次PM2.5形成。

用金屬氧化物制成可治理空氣污染的水溶膠

2013年,國務院印發“大氣十條”。在“煤改電、煤改氣”“關停限產、限行限購”等源頭防堵措施的施行下,我國氣體污染物有組織排放形勢基本得到控制,PM2.5、氮氧化物和硫氧化物等主要污染物濃度逐年下降,空氣質量改善明顯。但2018年后情況出現了反轉,生態環境部《2018年中國生態環境狀況公報》數據顯示,當年全國仍有217個城市環境空氣質量超標,占城市總數量的64.2%,且與2017年相比,臭氧濃度和污染物超標天數比例均有所上升,這說明基于源頭管控的大氣污染治理手段已經出現了技術瓶頸,必須要有針對無組織排放氣體污染物的有效末端治理技術,讓大氣污染治理從“預防為主”進入“防治結合”新階段。

每每想起這些數據,陜西科技大學材料學骨干余愿教授就寢食難安。于是,他帶領團隊開啟了“環境自凈功能綠色生態建筑涂層的產業化”項目的研究。出發點是利用仿生合成技術,將鈦、錳、鈰等金屬氧化物及金屬鉑進行改性,拓寬其光催化激發波長的范圍,降低其熱激發溫度,使其具有全波段(從紫外到近紅外)光催化、低溫熱催化性能,并將其制成噴涂于建筑物外表面的水溶性膠,讓這種膠能夠催化氧化空氣中的有害氣體,開啟中國空氣污染末端治理的先河。

除了凈化空氣還能保持建筑物外墻美觀

過渡族金屬氧化物作為添加劑、工程材料等有著廣泛用途,號稱“工業萬金油”,它們具有較高的氧化性和還原性,能夠生成羥基、超氧離子等強氧化自由基,與空氣中的氣態污染物發生氧化還原反應,達到凈化空氣的效果。然而,它們具有成本高、性能低、不溶于水等性質,不利于工業化批量制備。

擺在科研人員面前有“三座大山”:一是水反應介質中難溶金屬、金屬氧化物傳質問題;二是金屬氧化物納米晶低溫結晶熱力學問題;三是水溶膠穩定性問題。

在校方的支持下,研究團隊先后攻克d0和d5結構的單元和多元復合金屬氧化物納米晶水溶膠批量合成技術,開發出應用于大氣污染物末端治理產品并進行了中試生產。

該中試產品為無色透明液體,除了具有氣體污染物降解功能外,還兼具超親水自清潔功能和抗菌功能,可以長時間保持建筑物外墻美觀,美化市容市貌。該中試產品在部分城市建筑外墻體大面積涂敷后,能全波段、全天候高效復合低溫催化裂解大氣中的揮發性有機物、氨氣,催化還原臭氧,氧化固定二氧化硫、二氧化氮,抑制二次PM2.5的形成,有效凈化施工區域大氣質量,讓一座座建筑物成為一片片改善空氣質量的“城市森林”。

深耕空氣凈化領域,研究團隊針對家庭裝修、汽車內飾等造成室內、汽車內部空氣污染的不同特點,持續研發出五大系列多款產品,填補了國內氣體污染治理新材料領域的空白。

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