谈催化功能性纤维研究及其应用

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印染废水中的染料如何有效降解?装修后，怎样才能尽快净化室内空气?治理水质污染及提高室内空气质量是关系人类生活质量和身体健康的重大现实问题，加强纤维领域原创性基础研究和技术开发亦是我国从纤维大国向纤维强国迈进的必由之路。

主持：本报记者 陶璐璐

嘉宾：浙江理工大学博士 吕汪洋

如果有一天家里的窗帘、沙发都能“赶走”甲醛了，你是不是可以因为室内无处不在的保护而松了一口气?同样轻松的还有纺织行业中的印染企业，也许几块布就能实现他们节能减排的梦想。由浙江理工大学陈文兴教授领导的催化功能性纤维及其应用基础研究项目利用纤维材料在居室中大量使用以及纤维材料与染料的亲和性等独特优势，提出了用催化功能性纤维降解有机污染物的新思路。本期我们请陈文兴教授的学生、该项目主要完成人之一的吕汪洋博士谈谈催化功能性纤维到底有哪些特别之处。

两大主要内容四大创新点

主持人：催化功能性纤维项目主要的研究内容有哪些?

吕汪洋：主要是消除室内空气中挥发性有机化合物及降解水中染料等有机污染物两方面。我们以室内空气中常见的甲醛、甲硫醇和硫化氢为目标污染物，设计制备了两类催化功能性纤维。一类是中空核壳结构纳米催化剂负载型催化功能性纤维。我们发明了中空核壳结构纳米二氧化钛光催化剂的制备方法，突破了影响二氧化钛实际应用的光腐蚀有机载体的难题。该催化功能性纤维在光照下可以有效除去甲醛等有害气体。另一类是金属酞菁负载型催化功能性纤维，在它的作用下合成了两类新型金属酞菁衍生物，通过化学键合制备催化功能性纤维，在自然条件下无需光照即可催化消除甲硫醇和硫化氢等臭气。

在降解水中染料等有机污染物方面，我们以印染废水中的染料为目标污染物，研究催化功能性纤维的设计制备、降解有机污染物的性能、催化机理、降解历程和降解产物等一系列基础理论问题。首次提出了“纤维降解染料等有机污染物”的思想，即利用催化功能性纤维与染料等有机污染物的特殊亲和性，将染料等目标污染物吸附聚集到催化功能性纤维界面和内部进行原位催化氧化降解，催化功能性纤维可重复循环使用。

主持人：催化功能性纤维项目的主要创新点有哪些?

吕汪洋：主要有以下几个方面：

一是合成两类具有水溶性、与纤维可反应性和高催化活性的金属酞菁衍生物，通过与纤维素纤维、蛋白质纤维、活性碳纤维等接枝反应制备得到新型催化功能性纤维，可有效消除室内空气中的臭气和工业废水中的染料等有机污染物。

二是制备中空核壳结构的纳米二氧化钛催化剂，它既保持了二氧化钛的光催化活性，又避免了二氧化钛对有机载体的光腐蚀问题。将此催化剂负载到纤维表面制得催化功能性纤维，可有效去除室内空气中的挥发性有机化合物。

三是提出“纤维降解染料等有机污染物”的思想。即利用催化功能性纤维与染料等有机污染物的特殊亲和性，将染料等目标污染物吸附聚集到催化功能性纤维界面和内部，在双氧水等氧化剂作用下或直接利用可见光原位催化降解染料等有机污染物，催化功能性纤维可重复循环使用。

四是发现碳材料与金属酞菁的协同催化机制，金属酞菁与碳材料共价键结合，碳材料不仅起载体的作用，而且在催化反应中与金属酞菁共同参与电子的授受，碳材料的引入能大大提高金属酞菁的催化活性。利用此原理制备活性碳纤维负载金属酞菁催化剂，能有效吸附聚集和催化降解酚类化合物，活性碳纤维可原位再生重复使用。

纤维优势突出常温降解有害气体

主持人：为什么使用纤维材料来净化空气和水中的污染物?和传统净化方法相比，它有哪些优势?

吕汪洋：纤维材料不仅在制造和加工过程中少耗资源、少耗能源、少污染环境，而且也可以主动地治理环境污染。

针对空气和水中的有机污染物，成熟的处理技术主要有吸附技术和生物技术。吸附技术主要采用活性炭和分子筛等高比表面积的材料来吸附有机污染物，从而达到净化空气和水的目的，但由于吸附材料吸附能力有限，需定期再生或更换，易产生二次污染。生物技术处理废水设备简单、操作方便、运行费用低，但是处理周期长、占用面积大，而且有毒持久性有机污染物对微生物有毒害作用，影响微生物的生长和降解有机污染物的性能。因此，业内又发展了具有高效、快速、氧化彻底的高级氧化技术，如臭氧氧化法、湿式氧化法、光催化氧化法等，其中光催化氧化技术研究最为瞩目，但其也有局限性。

我们选择金属酞菁负载在纤维上制备得到系列新型的催化功能性纤维，提出用催化功能性纤维降解室内空气和水中有机污染物的新思想，发现金属酞菁负载纤维所制得的催化功能性纤维可以在室温常压下去除室内空气中的有害气体，以及可以催化降解水中的染料、酚类等有机污染物，并且可以重复使用。

可结合生物技术与循环利用便于市场推广

主持人：请具体谈一下该项目成果的应用情况。

吕汪洋：纤维材料是一种细长型的材料，具有比表面积大、柔软性好、容易编织成型等特点，因此我们研究的催化功能性纤维不仅可以做成窗帘、床垫、沙发以及各种室内装饰品，而且还可用作空调过滤网、空气净化器等，并且经济、方便、实用，因此这种空气净化纤维在家庭居室、办公室、会议室、宾馆客房、学校、商场等多种场所均具有良好的应用前景。

我们指导的大学生科研小组，用金属酞菁负载型催化功能性纤维制作了“圣诞树”装饰品，不仅美观漂亮，而且具有净化室内空气的功能，该成果获得了第十届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛二等奖。

用催化功能性纤维制作的空气过滤网，装到光催化空气净化器上，有望净化室内空气。此外，催化功能性纤维可以与生物技术联用，降解染料和酚类等有机污染物，并且可以循环使用。总之，在解决基础理论问题和工程化研究后，催化功能性纤维及其延伸材料在空气净化和废水处理等方面具有广阔的应用前景。