当污染物遇上“黑科技”——记第五届美团青山科技奖环境修复守护者   

  你或许难以想象,汽车尾气排放的氮氧化物能转化为滋养庄稼的肥料?浑浊发黑的重金属废水也能“淘”出真金白银?令人头疼的白色塑料污染,其解药藏在曾经“臭名昭著”的硫元素里?

  这听上去如魔法般的转变,是第五届美团青山科技奖获奖者们带来的科研技术成果。他们以颠覆性的材料与化学技术,重新定义了废弃物与污染物——那些被放错位置的资源,正在被转化为支撑可持续发展的有用之物。

  “超级海绵”MOF 把“毒药”变“肥料”

  “你可以把MOF材料想象成一块设计极其精密的‘超级海绵’。”北京大学杨四海教授这样介绍他的研究方向——金属有机框架材料(MOF)。这种由金属节点和有机链接体构筑的晶体材料,拥有超高孔隙率和可定制的“孔道”,能像海绵吸水一样,特异性地捕捉空气中的“毒素”。

  杨四海团队正专注于用MOF捕获燃煤、汽车尾气中的主要污染物之一——氮氧化物(NOx)。以前清除NOx通常采用选择性还原等传统技术将其转化为无附加值的N2,存在转化效率低、依赖贵金属等问题。而他们设计的MOF材料,不仅能高效吸附NOx,更能将其在孔道内“原位转化”为硝酸,进而可加工成硝酸铵肥料。

  “这相当于把污染空气的‘毒药’,变成了滋养大地的‘肥料’。”杨四海介绍说。这项技术并非要完全取代现有的传统工艺,而是作为“增程式”方案,有望突破现有技术的效率瓶颈,为大气污染治理提供全新的闭环解决方案。

  电化学“点金术” 从废水中淘“宝藏”

  相较于看得见的雾霾,潜伏在水中的重金属污染更具隐蔽性和危害性。清华大学环境学院的兰华春教授,就像一位精通“点金术”的现代治水匠人。

  他的主攻方向之一,是处理电镀、制革等行业产生的含重金属废水。如针对六价铬高价态强致癌物,兰华春团队创新开发了一种高效电还原技术,能快速将剧毒的六价铬还原为毒性较低、易于沉淀处理的三价铬,处理成本和能耗大幅降低。目前,该技术已在浙江、福建、四川等地多家电镀厂应用,日处理废水可达上万立方米。

  更令人称奇的是,他们从大自然中获得灵感,模仿珊瑚表面纤毛结构,研发出一种新型仿生吸附材料。这种材料能够像“磁铁”一样,从成分复杂、浓度极低的工业废水甚至电子废液中,精准“钓”出金、铂、稀土等稀贵金属。

  “许多废水中的有价金属浓度极低,传统回收方法经济上不可行,只能任其流失或成为污染。”兰华春解释道,“我们的技术就是为了解决这个‘低浓度回收’的全球性难题,让废水真正变成‘城市矿山’。”目前,这项技术已完成实验室验证,正向中试和产业化迈进。

  为“恶魔元素”正名 硫化学解困塑料污染

  提到硫,人们常联想到臭鸡蛋气味和酸雨。华东师范大学姜雪峰教授,却致力于为这个“恶魔元素”正名,并将其转化为治理“白色污染”的关键钥匙。

  他提出了“3S绿色硫化学理念”——无臭(Smelless)、稳定(Stable)、可持续(Sustainable),让硫变成安全、友好的化学工具。如今,这把“钥匙”正用来解开塑料污染的症结。

  “塑料是现代文明的产物,但它的‘身后事’必须由我们负责。”姜雪峰说。全球塑料种类超过300种,尤其是含硫的高性能工程塑料(如聚苯硫醚),强度高、耐腐蚀,回收降解异常困难。这些材料渗透在生活的各个领域,从日常可见的矿泉水瓶,到海洋渔业的尼龙渔网、农业使用的地膜,再到风力发电机组中巨大的聚醚醚酮轮轴,特别是在新能源汽车领域,单车塑料用量已超过50%。

  姜雪峰团队利用他们对硫元素性质的深刻理解,开发出独特的硫键活化技术。该技术能精准地切断这些“顽固”塑料中的碳硫键,使其从坚固的高分子降解为可重新利用的小分子原料,从而实现塑料的闭环循环。为此,他选择将研究中心落户三亚,致力于利用多元化的硫化学技术手段来解决塑料回收难题。

  “青山科技奖不仅是对我们过去工作的认可,更是一种责任。”姜雪峰们的责任,是推动实验室里的“奇思妙想”,走向工厂、江河与蓝天,转化为守护生态环境的坚实力量。


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