【所屬領(lǐng)域】
能源環(huán)保
【技術(shù)背景】
隨著工業(yè)化的快速發(fā)展，環(huán)境污染問題日益突出。磺胺類抗生素、酚類等持久性有機(jī)污染物引起的水體污染，二氧化碳與氮氧化物的大量排放產(chǎn)生的氣候變暖與大氣污染，成為當(dāng)前社會(huì)可持續(xù)發(fā)展面臨的重大問題。光催化技術(shù)由于可以直接利用可持續(xù)的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)，而成為水/氣環(huán)境凈化和清潔能源利用的理想途徑之一。因此，開發(fā)高性能的光催化劑意義重大。
【痛點(diǎn)問題】
環(huán)境中各類污染物存在濃度極低，其在催化表面的吸附是整個(gè)反應(yīng)歷程的關(guān)鍵。TiO2，ZnO，CdS，g-C3N4等材料是水/氣環(huán)境凈化中常見的光催化劑，但存在比表面積低、對(duì)污染物吸附能力弱，導(dǎo)致其水/氣環(huán)境凈化效率低。
【解決方案】
多孔聚合物中豐富的孔結(jié)構(gòu)和較大的比表面積為污染物分子提供了豐富的吸附位點(diǎn)，大大提高了對(duì)水/氣環(huán)境中低濃度污染物的吸附能力，通過吸附-光催化共同作用顯著提高了水/氣環(huán)境凈化效率。本技術(shù)結(jié)合華中科技大學(xué)譚必恩教授關(guān)于超交聯(lián)多孔有機(jī)聚合物的研究，引入多孔聚合物修飾納米TiO2光催化劑，制得了具有豐富孔結(jié)構(gòu)和較大比表面積的多孔復(fù)合光催化劑，其比表面積和微孔體積分別高達(dá)到800 m2g-1和0.30 cm3g-1以上，對(duì)廢氣中低濃度二氧化碳、氮氧化物與廢水中磺胺類抗生素、酚類等污染物皆呈現(xiàn)出優(yōu)異的吸附能力。可見光照射下，光催化還原CO2制CH4的產(chǎn)率達(dá)30 μmol g-1 h-1，其轉(zhuǎn)化效率是近年來類似反應(yīng)條件測(cè)試結(jié)果的最高值；對(duì)廢水中低濃度磺胺嘧啶、對(duì)氯苯酚等有機(jī)污染物的吸附容量高達(dá)21.7 mg?g-1，是普通TiO2（1.4 mg?g-1）的15.5倍，100 分鐘內(nèi)可完全去除。上述催化劑還具備優(yōu)異的穩(wěn)定性，經(jīng)多次重復(fù)使用后，光催化性能基本沒有發(fā)生明顯降低，具備優(yōu)異的水/氣環(huán)境凈化處理的工業(yè)化應(yīng)用潛力。
多孔聚合物修飾納米TiO2光催化劑的微觀結(jié)構(gòu)圖
多孔復(fù)合光催化劑還原CO2制取CO與CH4的生成速率對(duì)比
多孔復(fù)合光催化劑降解廢水中磺胺類抗生素的效率對(duì)比
【應(yīng)用場(chǎng)景】
空氣凈化器、城鎮(zhèn)工業(yè)化污水處理以及農(nóng)村水資源生態(tài)的修復(fù)。
【市場(chǎng)前景】
隨著環(huán)境問題以及能源問題的日益突出，國(guó)家對(duì)環(huán)境治理力度的也不斷加大，尤其是面向碳中和與城鎮(zhèn)污水等問題，光催化技術(shù)是解決當(dāng)前水/氣污染的重要手段之一，同時(shí)也使得光催化材料行業(yè)獲得了較大的發(fā)展。但光催化材料的產(chǎn)量依然不能滿足我國(guó)日益增長(zhǎng)的需求。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研分析，未來中國(guó)光催化材料的市場(chǎng)需求增速將保持在11.0%-14.3%之間，預(yù)計(jì)2022年，中國(guó)光催化材料需求量將超過9000噸。目前研發(fā)的新型多孔復(fù)合光催化劑的成本低，且效果顯著，尤其是應(yīng)用于處理低濃度水/氣污染物，可較好的解決當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中廢氣（CO2、NOx）過度排放及工業(yè)污水處理和生態(tài)修復(fù)等問題。
【知識(shí)產(chǎn)權(quán)】
該成果已申請(qǐng)多項(xiàng)中國(guó)發(fā)明專利，下表是部分展示：
【合作方式】
技術(shù)許可、技術(shù)轉(zhuǎn)讓、作價(jià)投資、技術(shù)開發(fā)、服務(wù)咨詢、面談等
【專家介紹】
王靖宇，華中科技大學(xué)教授/博導(dǎo)，主要從事環(huán)境水/氣凈化的吸附劑與光催化劑以及燃料電池電極催化劑的研究。2007年7月博士畢業(yè)于武漢大學(xué)， 2007-2014年在哈爾濱工業(yè)大學(xué)工作，2011-2012美國(guó)芝加哥大學(xué)訪問學(xué)者，2014年調(diào)入華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院。以第一或通訊作者在Nat. Commun.、Appl. Catal. B-Environ.、Environ. Sci. Technol.等期刊發(fā)表SCI論文50余篇，授權(quán)中國(guó)發(fā)明專利5件，出版《固體材料常用表征技術(shù)》。擔(dān)任Front. Environ. Chem.期刊副主編與Chinese Chemical Letter青年編委。
譚必恩，華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院副院長(zhǎng)、能量轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、二級(jí)教授、博士生導(dǎo)師，英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)士（FRSC），國(guó)家有突出貢獻(xiàn)中青年專家、國(guó)務(wù)院政府特殊津貼專家、教育部“新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃”入選者。國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)、湖北省技術(shù)創(chuàng)新專項(xiàng)重大項(xiàng)目等會(huì)評(píng)專家。1996年進(jìn)入華南理工大學(xué)材料學(xué)院攻讀博士學(xué)位， 1999年獲工學(xué)博士學(xué)位。1999年至2001年在北京航空材料研究院先進(jìn)復(fù)合材料國(guó)防重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室從事博士后研究。2001年至2007年在英國(guó)利物浦大學(xué)任Research Associate。2007年9月起在華中科技大學(xué)化學(xué)系工作。先后主持了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（2項(xiàng)）、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（6項(xiàng)）、國(guó)際合作項(xiàng)目、湖北省自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體、湖北省自然科學(xué)基金杰出青年基金等多項(xiàng)課題。到2021年3月1日為止，在Chem. Soc. Rev.，Nature Comm.，Sci. Adv.，J. Am. Chem. Soc.，Adv. Mater.和 Angew. Chem.等國(guó)內(nèi)外重要期刊發(fā)表論文190篇，其中SCI收錄160篇。13篇論文被Essential Science Indicators SM（ESI，基本科學(xué)指標(biāo)）列為Highly Cited Papers，其中1篇被列入Hot Article。撰寫專著6章。獲授權(quán)中國(guó)發(fā)明專利11項(xiàng)。在Pacifichem，IUPAC MACRO，ICMAT，ChinaNano等國(guó)內(nèi)外重要學(xué)術(shù)會(huì)議作邀請(qǐng)報(bào)告多次。獲2016年度湖北省自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)（排名第一）。
【聯(lián)系方式】
成果編號(hào)：CG21056
