在工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院的602創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室里，500℃的管式爐里已經(jīng)燒制了4個(gè)小時(shí)，管式爐內(nèi)是1克輪胎炭負(fù)載4.9%的銅和0.1%的鈰，浸漬在2.8毫升乙醇溶液里。一種新型的銅鈰輪胎炭催化劑正在醞釀產(chǎn)生。

經(jīng)過(guò)一年多的探索與等待，課題組采用廢舊輪胎作為原料，經(jīng)過(guò)破碎、磁選和低溫?zé)峤獾忍幚磉^(guò)程，得到了輪胎炭材料；并以銅鈰兩種金屬作為活性組分進(jìn)行負(fù)載，經(jīng)過(guò)高溫過(guò)程制備得到了新型高效銅鈰輪胎炭催化劑。

課題組研究發(fā)現(xiàn)，該催化劑能高效催化過(guò)硫酸鹽體系，快速降解氧氟沙星，實(shí)現(xiàn)了資源利用和以廢治廢。

廢舊輪胎的“變身”

兩年前，工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授在新疆呼圖壁縣工業(yè)園區(qū)調(diào)研，其中新疆橡膠有限公司生產(chǎn)的輪胎炭，引起了兩位教師極大的興趣。他們發(fā)現(xiàn)，對(duì)方只是將輪胎炭做成炭黑，用于涂料，但輪胎炭也可以作為催化劑的載體，制成附加值更高的催化劑。

催化氧化技術(shù)是業(yè)界公認(rèn)的去除難降解污染物的有效手段，也是工業(yè)大學(xué)的傳統(tǒng)強(qiáng)項(xiàng)。致力于催化劑研究的教授有著高度的科研敏感度，“如果能做成的話，這將有利于擴(kuò)大輪胎炭的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，也可以解決輪胎處理的難題，實(shí)現(xiàn)資源化利用?！?SPAN lang=EN-US>

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年我國(guó)廢舊輪胎產(chǎn)生量已超過(guò)1300萬(wàn)噸，且每年以6%至8%的比例增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2020年廢舊輪胎產(chǎn)生量將超過(guò)2000萬(wàn)噸。廢舊輪胎被人們稱(chēng)為“黑色污染”，有非常強(qiáng)的抗生物、抗機(jī)械、抗熱性，難以降解，長(zhǎng)期堆放，不僅占用了土地資源，而且極容易滋生細(xì)菌、傳播病毒，嚴(yán)重惡化自然環(huán)境。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于廢舊輪胎的處理中，熱解法被認(rèn)為是廢輪胎資源化處理的最佳途徑之一，它可以實(shí)現(xiàn)廢輪胎無(wú)害化和資源化處理，通過(guò)熱解可以將廢輪胎徹底裂解并得到對(duì)生產(chǎn)有用的原材料，包括熱解氣、熱解油、熱解炭和鋼絲。其中輪胎熱解炭占橡膠輪胎重量的30%~40％，被認(rèn)為是最重要的產(chǎn)品之一。

“常用的催化劑載體有活性炭、煤炭、二氧化鈦和硅藻土，輪胎炭材料的優(yōu)勢(shì)是成本低，活性炭20000元/噸，輪胎炭的成本低于800 元/噸，使用輪胎炭還可以減輕污染，實(shí)現(xiàn)以廢治廢。”教授說(shuō)，瞄準(zhǔn)了輪胎炭之后，課題組開(kāi)始了尋找高效金屬元素及制備方法。

銅鈰雙金屬來(lái)“搭橋”

在最初的實(shí)驗(yàn)中，他們發(fā)現(xiàn)單金屬元素的效果普遍較差，后來(lái)，和教授發(fā)來(lái)一些復(fù)合金屬催化劑的最新研究成果，包括研究鐵和鈷、鐵和鎳等。劉西揚(yáng)就嘗試多金屬摻雜，“大概試了近20種組合方式”。

“我計(jì)算了一下去除率，突然發(fā)現(xiàn)用銅鈰可以大幅度提高催化活性！”頓時(shí)，喜出望外。

“用銅和鈰兩種金屬作為活性進(jìn)行負(fù)載，負(fù)載在輪胎炭上制備成催化劑，這是我們的最大創(chuàng)新點(diǎn)之一?！苯淌谡f(shuō)，貴金屬成本較高，這不符合課題組“以廢治廢”的初衷，是銅鈰廉價(jià)過(guò)渡金屬，提高了催化活性，又降低了成本。

抗生素廢水被診治

氧氟沙星是一種市面上常見(jiàn)的抗生素，廣泛用于治療支氣管炎、肺炎、皮膚感染、泌尿和呼吸道感染，每年國(guó)內(nèi)外使用量巨大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在城市污水處理廠、醫(yī)院污水、地表水中氧氟沙星分別達(dá)到了53～1800 納克/升、25000～35000 納克/升和10～535 納克/升的高檢出率，但是傳統(tǒng)的廢水處理技術(shù)無(wú)法完全消除。

然而，課題組制備的銅鈰輪胎炭催化劑采用了過(guò)硫酸鹽氧化體系，方便又穩(wěn)定，可以將大部分有機(jī)物質(zhì)降解為二氧化炭和水。

課題組實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在微波的輔助下，銅鈰輪胎炭催化劑可高效降解氧氟沙星，水中有機(jī)物去除率可達(dá)95%以上。“即用更短的反應(yīng)時(shí)間、更低的能量需求、更低的使用成本，達(dá)到更高反應(yīng)速度。”劉西揚(yáng)補(bǔ)充，課題組還采用微生物呼吸儀測(cè)試了生物毒性，發(fā)現(xiàn)處理后的毒性明顯降低了。

談到課題組制備的銅鈰輪胎炭催化劑，充滿(mǎn)了信心：“該成果對(duì)開(kāi)發(fā)制備價(jià)格低廉且高效的非均相催化劑具有重要的參考價(jià)值，闡明了雙金屬激發(fā)過(guò)硫酸鹽的機(jī)制，對(duì)過(guò)硫酸鹽氧化體系的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)具有指導(dǎo)性意義。這也為廢舊輪胎處理處置提供一種新的方式，為難降解有機(jī)污染物的控制提供了新的解決方案，為實(shí)現(xiàn)‘以廢治廢’提供了新思路?！?/SPAN>

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