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  • 披上这种水溶胶“外衣” 建筑物成了净化空气的“城市森林”

    2021-11-03 09:12:31 来源: 科技日报

陕西科技大学前沿科学与技术转移研究院利用仿生合成技术制备出一种无味透明水溶胶,这种水溶胶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。

4年来,通过在晋、陕、鲁、冀等省20多个县市区累计喷涂700多万平方米建筑外表面的实践证明:一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10%—30%。

由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制备的这种水溶胶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。

用金属氧化物制成可治理空气污染的水溶胶

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2018年后情况出现了反转,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有所上升,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,陕西科技大学材料学骨干余愿教授就寝食难安。于是,他带领团队开启了“环境自净功能绿色生态建筑涂层的产业化”项目的研究。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,拓宽其光催化激发波长的范围,降低其热激发温度,使其具有全波段(从紫外到近红外)光催化、低温热催化性能,并将其制成喷涂于建筑物外表面的水溶性胶,让这种胶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。

除了净化空气还能保持建筑物外墙美观

过渡族金属氧化物作为添加剂、工程材料等有着广泛用途,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。

在校方的支持下,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进行了中试生产。

该中试产品为无色透明液体,除了具有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美观,美化市容市貌。该中试产品在部分城市建筑外墙体大面积涂敷后,能全波段、全天候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。记者 史俊斌 通讯员 雷 超

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