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学生团队发明神奇污水净化“布”

时间:2015-6-4 12:01 | 作者:郭发祥 | 编辑:jianying | 点击:1994
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导读

“实验室净化的水,可以用来洗漱。”陈冬玲宣布结果时,伙伴们激动得抱作一团。实验成功,意味着借助可见光发挥作用的催化材料取得了重大进展。


几天前,重庆文理学院读大二的陈冬玲接完电话,兴奋得大叫起来。电话那头的老师告诉她,他们团队的研究成果,获第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛重庆赛区特等奖,进入到全国终审决赛的角逐中。

过去两年里,包括她在内,12个稚气未脱的90后伙伴,一有空就泡在实验室,接力研制出一种像布的新材料。

昨天在实验室,记者看到一块黑乎乎,具备较好柔韧性的“布”。项目领队陈冬玲告诉记者,这块“布”,可借助可见光,通过降解有机污染物,净化污水。

“效果非常棒,净化后可用来洗漱。”项目研制的指导教师刘碧桃博士说,“即使直饮也不会有问题。”

在刘碧桃的指导下,成员们利用材料量身定制污水处理装置,该装置已初具雏形,该研究成果已引起了某些企业的兴趣。在项目研究推进的过程中,团队成员解决的问题写成科技论文,其中的8篇,已被美国《科学引文索引》(SCI)收录。

该研发两大突破点

紫外光在太阳光中少,而重庆的紫外光更少。况且,借助紫外光的材料,在水处理中会有二次污染。涂铭旌院士鼓励学生创新,最终可见光催化解决了这一问题。

光催化净化

是基于光催化剂在紫外线照射下具有的氧化还原能力而净化污染物。利用光催化净化技术去除空气中的有机污染物,是直接用空气中的氧气做氧化剂,反应条件温和(常温常压)。

粉末状固化

最初研制的材料为粉剂,在水处理过程中,会造成二次污染。在与俄国教授的思维碰撞中,他们采取高压静电纺丝技术,粉剂材料被改造成“纸”。

利用高压静电场对高分子溶液的击穿作用来制备纳微米纤维材料。基本原理是在喷射装置和接收装置间施加上万伏静电场,从纺丝液的锥体端部形成射流,在电场中被拉伸,最终在接收装置上形成无纺状态纳米纤维。

由灵感到投入

逛街吃美食遇臭河水 学生决定用光催化治污

其实,发起这个研究项目的灵感,来自于几个学生逛街吃美食。

刘碧桃回忆说,两年前,文理学院化学工程与工艺专业的一名学生逛街吃美食,闻到临近的河臭熏熏的。

于是,同系的几个学生一时起意,决定利用专业所长,挖掘半导体光催化技术潜力,高效净化河里的污水。他们将这个想法,告诉了时任教师刘碧桃博士。

那时刘碧桃刚到校任教没几个月,他知道,半导体光催化技术在分解有机污染物上潜力大,但研究难度也非常大。

然而,学生初生牛犊的干劲,让刘碧桃非常意外。他随即向学校提出设备需求,并协助学生组建项目研制团队,在重庆市光电材料与器件工程技术研究中心启动项目。

学校致力新材料研究的涂铭旌院士当即拍板,鼓励学生进行创新研究,并添置了六七十万的设备,也给予了几十万的研究经费。

就这样,项目研制前景,得到涂铭旌院士首肯。刘碧桃为促成这项研究,在学校多个相关专业物色佼佼者,拉起六七个人的科研团队。

牺牲交际圈和假期

他们记满10个实验簿

两年时间里,有的成员已毕业离开。团队也以老带新,不断补充新鲜血液。现在,这项研究的团队成员已有12人,领头的便是陈冬玲。

陈冬玲和她小伙伴们都是重庆文理学院的学生,他们全是90后,最大的21岁,最小的只有18岁。

记者也注意到,12名成员有8个都是女孩子。“女生也能顶起半边天!”陈冬玲脱口笑称。

自打进入项目,成员们整天忙得不可开交,一有时间就泡在实验室。陈冬玲说,自己的不少朋友喜欢刷微信朋友圈,而她连个微信号都没有,“真没时间!”

19岁的张敏进项目已有一年时间,她说团队做起实验,几乎没日没夜,甚至放弃了暑假的休息时间。

团队两年的实验记录,记满了10个实验簿。刘碧桃说,每本里面至少有50个实验记录,实验环节非常繁琐。

“现阶段取得的成果,均是靠实验中搜集的数据,不断优化再优化而成。”刘碧桃说,“没出成果前,实验相当枯燥,不知道何时出成果。可这些小伙伴为目标都很坚持。”

由转折到涅槃

可见光催化材料出现 净化出的水可用来洗漱

在出成果之前,市场已有一种光催化材料。不过,这种材料要借助紫外光来激发催化作用,以分解污水中的有害有机物。然而,紫外光在太阳光中仅占5%,而重庆是有名的“雾都”,透过浓雾的紫外光更少。况且,这种借助紫外光的材料,在水处理中会有二次污染。

因此,项目启动时,刘碧桃建议学生们以借助可见光的光催化材料作为攻关方向。经过一年多的实验摸索,数百次实验失败后,研究终于出现了转机,他们研发出了大面积柔性光催化材料。

“实验室净化的水,可以用来洗漱。”陈冬玲宣布结果时,伙伴们激动得抱作一团,有的女生甚至还哭起鼻子。“顿时觉得所有的辛苦都值了!”

实验成功,意味着借助可见光发挥作用的催化材料取得了重大进展。

“看似遥遥无期的实验,突然给打开一扇窗。”陈冬玲说,小伙伴们都喜出望外,劲头也更足了。研究过程中,有时成员因思路不同,彼此间会有分歧,“结果出来后,所有的隔阂都一笔勾销了。”

刘碧桃说,为协助学生解疑答惑,他自己两年里,看了超过2000篇文献。


高压静电纺丝协助

粉剂材料被改造成纸

实验结果虽理想,但他们研制的材料还停留在粉剂阶段。大家都在想,总不能向污水中随手撒粉剂材料吧?

按照陈冬玲的说法,粉剂在水处理过程中,只会借助可见光激发能量,材料本身不会起变化,也就是说,这种材料可重复利用。“如果不回收,会造成二次污染。”

怎么克服这些问题呢?,项目成员眼前又出现了一道难题,指导老师刘碧桃博士也陷入了冥思苦想。

后来,团队在与多名俄国教授思维碰撞中,找到灵感。通过一系列技术合成,在采取高压静电纺丝技术协助下,粉剂材料被改造成一张“纸”或“布”。

陈冬玲说,涂铭旌院士在整个研究中,经常过问研究进展,甚至多次进到实验室为团队打气。“他平易近人,每次来都会提出些新思路。”

刘碧桃说,材料被改造成“布”,性能得到提升,同时还方便回收,不会造成二次污染。

陈冬玲说,也许今后不久,这项研究可直接应用到城区河流的污染治理当中。





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