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【第五十六期】大工技述:净水功能材料研究与监控平台建设

2019-04-25  点击:[ ]

水是万物之源,是“生命之源”,是保障人民群众身体健康,维护社会稳定,促进经济可持续发展的重要物质基础。

生活离不开水,但随着水灾、水质污染、缺少水资源等问题频发,水资源安全不容忽视。如何在成本可控的条件下实现水质达标是保障我国水安全和实现可持续发展的重大问题。

我校马伟老师带领团队基于应用水分子结构与微颗粒“绳结”理论模型与“位点识别”思路对水化学与水处理功能材料进行创新研究:基于微纳环境中温度影响水分子相变与准晶结构转化而在特定条件下形成颗粒物界面的固定“节点”,形成链状结构和高维纽结而将污染物“纽绑”一起;污染物的净化过程首先需要物理解绑或化学消除纽结,从而建立起“识别”纽结特性高效净化技术。在应用领域,结合区域行水资源规划与梯级利用策略,针对水质处理问题和需求,建立了区域(整体)性分质水处理安全保障技术。

1:基于节水与区域性分质水处理安全保障策略

在解决应用问题中:首先提倡当前水行业先进技术应该具有灵活性好和适应性强,更好地应对各种变化和现有的基础设施;其次能够完成资源回用,维持在较低成本上的系统运行;第三则是数字化快速评估综合分析能力,安全保证的技术支撑与监控手段的建设。

 

针对城市饮用水的污染物深度净化问题,尤其是微污染水源问题,借助环境友好的廉价的铁基材料为基础研究专有吸附规律,建立了离子优先识别、同晶吸附-同质混凝净化理论;研发了纳米簇复合多功能净水剂,集成创新了饮水水选择性深度净化方法,通过与常规混凝技术工艺耦合应用实现低成本的实施。代表的羟基吸附剂集成管道反应与同质混凝协同技术,与当地企业合作,专利技术实施产业化并经过国家卫生权威机构检测和验证,取得了涉及饮用水安全产品卫生许可证,在5万吨水厂实施应用。出水按照国家标准《GB5749-2006》检验,106个项指标都达到了标准,为企业和居民安全用水提供了保障。

2:羟基吸附剂微观表征与工作原理和某市净水厂实施现场

针对化工园区高浓度有机无机混合废水处理问题,完成了高浓度有机污水资源化回收与深度处理研究与实践。通过生物质碳材料的表面修饰与孔道调控,制备高比表面积、富官能团的多功能材料(吸附剂、填料和催化剂),结合所处理的有机油脂特性,强化界面电荷作用,完成吸附作用形成污染物识别、分离和分解。开发制备了含油污水的吸附剂、离子捕捉剂和萃取剂可以实现有机物的精细分离,在进行膜法浓缩与结晶技术结合回收无机盐,逐步完成高级氧化深度处理污水,实现区域性水资源循环和补充,达到节水的目的。该方法通过焦油深加工行业污水处理示范,在相关企业专利技术转让实施,在化工企业得到了实施和应用,促进了化工园区污水处理的资源化模式形成和发展。

3: 水处理材料的界面表征和在某企业应用的系统装置图

 

针对目前水质要求、水量漏损率要求逐步提高,各种材料充斥供水市场,如何快速判定优劣、如何选择合适产品已成为企业难题。团队人员坚持技术支撑和保障措施体系建设,研究应急水处理装置和快速监测方法,建立了可以移动式的净化与水质分析、涉水材料的鉴别的平台。中央电视台曾报道过多起劣质自来水管道引起的水质污染问题,因材料不合适造成的水量流失事件也时常发生。材料是工程建设质量的核心,是确保施工有序进行,降低后续维护成本的基础和前提。但是在实际工程中,受到诸多因素的影响,涉水材料质量难以得到快速检测和有效管理,为此,团队人员联合辽宁省水处理协会和岛津企业(中国)管理公司,搭建涉水材料化学联合实验室平台,建立了对涉水材料进行快速的鉴别和有害物的监测方法。可让劣质材料无处遁形,也可为相关事故提供理性的分析。目前涉水材料的国家标准检测内容主要集中于强度和刚性、水力性能、密封性能、寿命评估、耐腐蚀性等项目,缺少检测涉水管材化学性质的标准和平台,而化学性质的测试对于分析管材的性能,来料真伪确认、使用过程老化程度、水质污染和管网泄漏事故原因分析具有非常重要的作用。

4EDX-FTIR化学材料综合分析系统

该平台对供水系统中的输配水设备、防护材料、水处理材料和化学处理剂可以快速的鉴别。不仅对金属材料还有非金属材料、复合材料包括管材、管件、蓄水容器、供水设备、饮水机、密封、密封胶条、密封圈;环氧树脂涂料、聚酯涂料、丙烯酸树脂涂料、聚氨酯涂料以及活性炭、活性氧化铝、陶瓷、沸石分子筛、锰沙、熔喷聚丙烯、微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜、等及其组件和絮凝剂、助凝剂、阻垢剂以及消毒剂等与饮用水接触的新材料和新化学物质。

 

团队人员应“辽宁鑫隆科技有限公司”和 “辽宁省亿通钢塑复合管制造有限公司”要求,组织编写并发布了《水处理剂铁基复合吸附剂》和《供水管材中聚合物快速鉴别方法》团体标准,努力推动水化学领域的产品、检测方法、设备、材料等规范化发展。在省住建厅和学校的支持下,至今已经连续举办了四届“水化学与水安全论坛”为供水行业相关研究单位和企业更好的了解领域前沿,了解行业动态,分享研究成果的专业学术交流平台。

5:吸附材料和管材快速鉴别团队标准

 

团队带头人简介

马伟,大连理工大学化学学院教授,博士生导师,关注“水溶液化学与新型功能化学品制备及应用”。大连市功能化学品和辽宁省水化学与净水功能材料工程技术中心的技术负责人,主持过国家自然基金、归国基金,资源环境领域和海洋领域863计划子课题及企业委托等项目。发表系列SCIEI收录论文(2篇被高引),已有20多件发明专利授权,多项在实际中应用。

 

编者按:本文信息(包括文字和图片)为平台原创,版权归大连理工大学校友会所有,任何个人或组织使用本文信息请与我方取得联系授权,违者必究。联系方式:大连理工大学校友工作处 景博(0411-84706740)。

 

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文字作者:宋晨璐 景 

编辑排版:景  博 马婷婷

责任编辑:景  博 蔡 

信息校对:李思静

 

 

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