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清華本科生研制出高效率污水凈化材料
日期：2025-02-05 16:43
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摘要：
清華本科生研制出高效率污水凈化材料
隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展和全球人口快速增長(zhǎng)，水污染問(wèn)題變得日趨嚴(yán)重。據(jù)世界衛(wèi)生組織調(diào)查，世界上有多達(dá)70%的人不能享用到**衛(wèi)生飲水。水污染治理作為一項(xiàng)全球性課題，正受到越來(lái)多的關(guān)注。有機(jī)物污染作為水體主要污染物之一，在工業(yè)廢水、石油廢水、生活污水等中大量存在，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)健康造成嚴(yán)重威脅。而目前，對(duì)于水中有機(jī)物污染的處理研究，主要集中在有機(jī)物降解和污染物油水分離兩個(gè)方面。
在清華大學(xué)參加第十三屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)內(nèi)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽（以下簡(jiǎn)稱“國(guó)內(nèi)‘挑戰(zhàn)杯’”）的獲獎(jiǎng)項(xiàng)目中，來(lái)自材料學(xué)院的高常銳、林鑫同學(xué)的《可用于油水分離和水凈化處理的雙層TiO2基網(wǎng)膜》項(xiàng)目提出了一種制備親水、親油的雙層TiO2基網(wǎng)膜的方法，**性地將“油水分離”的物理過(guò)程與“TiO2光催化”進(jìn)行有機(jī)物講解的化學(xué)過(guò)程相結(jié)合，將油水分離和有機(jī)物降解兩個(gè)步驟合二為一，極大地提高了水凈化效率。
說(shuō)到這項(xiàng)研究，不得不從材料學(xué)院2009級(jí)本科生高常銳大三時(shí)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展科技**課題說(shuō)起。剛開(kāi)始做研究時(shí)，考慮到實(shí)驗(yàn)室整體的研究方向，基于對(duì)有機(jī)物降解的光催化技術(shù)、油水分離材料技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及前沿進(jìn)行充分考察，他選擇了“油水分離”的課題，從紫外光下材料轉(zhuǎn)化的路線深入，同時(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)室正進(jìn)行的TiO2網(wǎng)膜課題，逐步探索是否可以用一個(gè)裝置同時(shí)實(shí)現(xiàn)油水分離和可溶有機(jī)污染物降解。
實(shí)驗(yàn)伊始可謂困難重重，簡(jiǎn)單的TiO2網(wǎng)膜合成就成了**只“攔路虎”，幸而導(dǎo)師耐心細(xì)致地從*簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)教起，啟發(fā)了高常銳將具有光催化性質(zhì)的TiO2和具有特殊浸潤(rùn)性的油水分離材料進(jìn)行結(jié)合，*終成功合成了課題關(guān)鍵的TiO2網(wǎng)膜材料——一種雙層網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)，即：上層為具有微米納米復(fù)合表面結(jié)構(gòu)的TiO2負(fù)載銅網(wǎng)，下層為ODP（磷酸十八酯）修飾的TiO2負(fù)載銅網(wǎng)。這種雙層TiO2基網(wǎng)膜可在下層分離不互溶的油和水，實(shí)現(xiàn)油水分離功能；之后在紫外光照下，在上層通過(guò)TiO2光催化反應(yīng)降解有機(jī)污染物，實(shí)現(xiàn)水凈化功能，從而將兩個(gè)步驟整合于一個(gè)裝置之內(nèi)。
*終，經(jīng)過(guò)高常銳和林鑫的共同努力，項(xiàng)目得到了**的完善。經(jīng)過(guò)對(duì)污水處理的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，雙層TiO2基網(wǎng)膜對(duì)油水分離和水凈化的效果都很理想，不互溶的油和水可迅速得到分離，而有機(jī)污染物的被降解程度在2小時(shí)內(nèi)高達(dá)95%，而之前一般TiO2網(wǎng)膜處理COD表征效果大概是30-50%，這極大地提高了污水處理的效率。而且，這種雙層網(wǎng)膜的制備方法、過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，原料成本較低，且可以重復(fù)使用，并適用于相對(duì)極端環(huán)境，具有很高的實(shí)用價(jià)值。雖然距離工業(yè)化還有一段距離，但在參賽過(guò)程中，評(píng)委們一致認(rèn)定，該項(xiàng)目成果“在未來(lái)的污水處理領(lǐng)域中擁有廣闊的發(fā)展前景”。
參賽的*終展示過(guò)程如設(shè)想一般**，甚至吸引了一位評(píng)委再次返回展示臺(tái)前詢問(wèn)細(xì)節(jié)。到了10月16日，展示*后**下午，原定四點(diǎn)半撤展，但很多人都認(rèn)為評(píng)委不會(huì)再來(lái)“光顧”了，因此三點(diǎn)多已經(jīng)有不少大學(xué)的參賽團(tuán)隊(duì)陸續(xù)開(kāi)始收拾展位準(zhǔn)備離開(kāi)。而林鑫和同伴們卻認(rèn)為參加比賽應(yīng)該善始善終，堅(jiān)持到*后一刻。出乎大家意料的是，果然有一位評(píng)委徑直來(lái)到林鑫他們的展位，提出了自己的問(wèn)題，并得到了林鑫準(zhǔn)確清晰的回答。
參加“挑戰(zhàn)杯”比賽，也給高常銳和林鑫留下了難忘的回憶。在導(dǎo)師、輔導(dǎo)員和實(shí)驗(yàn)室?guī)熜謳熃愕难壑校叱ｄJ是一個(gè)穩(wěn)重自信，有著自己節(jié)奏的人，無(wú)論遇到任何困難，他始終對(duì)自己的作品充滿自信。林鑫也在研究探索中找到了興趣所在：“我覺(jué)得做科研還是挺有意思的，希望能繼續(xù)挖掘”。他們和同伴們?yōu)轫?xiàng)目申請(qǐng)了一項(xiàng)**，雖然還沒(méi)有和公司合作，但都希望能通過(guò)自己的努力，加強(qiáng)跨學(xué)科合作，繼續(xù)完善、推進(jìn)項(xiàng)目向真正工業(yè)化生產(chǎn)邁進(jìn)。
