会呼吸的建筑“外衣” 空气净化率达10%-30%

来源: 科技日报 作者:史俊斌 通讯员 雷超0

  四年前,陕西科技大学前沿科学与技术转移研究院许并社教授领衔的环境功能纳米材料研究组,利用仿生合成技术制备出一种无味透明液体,喷涂于建筑物外墙体,能持续有效分解大气中的挥发性有机物、氨气和臭氧,氧化固定氮氧化物和硫氧化物,抑制二次PM2.5形成。

  通过在晋、陕、鲁、冀、疆等省20多个县市区累计喷涂700多平方米的建筑外表面应用实践证明,这种具有全波段光催化和低温热催化协同作用的多元金属/金属氧化物纳米晶复合水溶胶,破解了无组织排放气体污染物末端治理这一国际难题,可使区域空气质量综合指数改善率达到10%-30%,目前已签与之关联合同金额达到2亿元。

  破解无组织排放气体污染物末端治理国际难题

  2013年,国务院印发“大气十条”。在“煤改电、煤改气”、“关停限产、限行限购”等源头防堵措施的施行下,我国气体污染物有组织排放形势基本得到控制,PM2.5、氮氧化物和硫氧化物等主要污染物浓度逐年下降,空气质量改善明显。但生态环境部《2018年中国生态环境状况公报》数据显示,当年全国仍有217个城市环境空气质量超标,占城市总数量的64.2%,且与2017年相比,臭氧浓度和污染物超标天数比例均上升,这说明基于源头管控的大气污染治理手段已经出现了技术瓶颈,必须要有针对无组织排放气体污染物的有效末端治理技术,让大气污染治理从“预防为主”进入“防治结合”新阶段。

  每每想起这些数据,身为陕西科技大学材料原子分子科学研究所学术骨干的余愿教授就寝食难安。他对同事们常说:“习近平总书记寄语广大科学家和科技工作者要坚持‘四个面向’,我们有责任拿起科研武器,为打赢‘蓝天保卫战’奉献自己的力量。”

  说干就干,科研团队开启了“环境自净功能绿色生态建筑涂层的产业化”项目的研究工作。出发点是利用仿生合成技术,将钛、锰、铈等金属氧化物及金属铂进行改性,拓宽光催化激发波长的范围,降低热激发温度,达到全波段光催化(从紫外到近红外)、低温热催化的性能,制成喷涂于建筑物外表面的水溶性胶,使其能够催化氧化空气中的有害气体,开启中国空气污染末端治理的先河。

  迎面的“三座大山”不挡路

  过渡族金属氧化物作为添加剂、工程材料等在工业工程方面有着广泛用途,号称“工业万金油”,它们具有较高的氧化性和还原性,能够生成羟基、超氧离子等强氧化自由基,与空气中的气态污染物发生氧化还原反应,达到净化空气的效果。然而,它们具有成本高、性能低、不溶于水等难以控制的性质,不利于工业化批量制备。

  摆在科研人员面前有“三座大山”:一是水反应介质中难溶金属、金属氧化物传质问题,二是金属氧化物纳米晶低温结晶热力学问题,三是水溶胶稳定性问题。

  初始阶段,学校将其列为前沿科学重点研究项目,给予300多万元的项目启动经费,帮他们建成环境功能材料实验室及小型中试线并购置了一系列高端科研设备,还从横向经费管理、职称评定、业绩考核等方面考量,出台多项政策文件,鼓励多途径、多形式的科研成果转化,促进科技成果迅速落地转化为生产力。

  在校方的支持下,西安前沿材料研究院有限公司应运而生,在陕西临潼渭北双创科技园建成了年产1000吨金属/金属氧化物水溶胶生产线。研究团队先后攻克d0和d5结构的单元和多元复合金属氧化物纳米晶水溶胶批量合成技术,开发出应用于大气污染物末端治理产品并中试生产。

  该中试产品为无色透明液体,除了气体污染物降解功能外,还兼具超亲水自清洁功能和抗菌功能,可以长时间保持建筑物外墙靓新,美化市容市貌。在部分城市建筑外墙体大面积涂敷该中试产品后,能全波段、全天候的高效复合低温催化裂解大气中的挥发性有机物、氨气,催化还原臭氧,氧化固定二氧化硫、二氧化氮,抑制二次PM2.5的形成,有效净化施工区域大气质量,让一座座建筑物成为一片片改善空气质量的“城市森林”。

  深耕空气净化领域,研究团队针对家庭装修、汽车内饰等造成室内、汽车内部空气污染的不同特点,持续研发出五大系列多款产品,填补了国内气体污染治理新材料领域的空白。

  新冠疫情爆发后,针对现有含氯消毒液难以避免的腐蚀性、刺激性和二次污染特点,团队攻关克难,研发出水基无机消毒液产品,并于2020年6月获得消字号备案。该消毒液对冠状病毒(HCoV-229E)、流感病毒(H1N1)等2.5分钟、5分钟、7.5分钟灭活率均达到99.999%,目前其产品已被国内60多家机构代理,授权使用其注册的环保企业达到26家,累计治理面积超过200万平方米,带动就业人口超过1000人。(受访者供图)

(责任编辑:韩梦晨)

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