近日，合肥工業(yè)大學(xué)一項科研成果，以秸稈類(lèi)生物質(zhì)廢棄物為原料，成功制備出多維數、多尺度、多形態(tài)的三維功能催化材料，可高效去除水體中有機及重金屬有毒污染物，解決了秸稈類(lèi)生物質(zhì)廢棄物難以利用的難題。這一合成方法具有工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)率高、結構可控及易于規模生產(chǎn)等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的工業(yè)化應用前景。相關(guān)研究成果發(fā)表在環(huán)境領(lǐng)域重要期刊《應用催化—環(huán)境》。

   秸稈類(lèi)生物質(zhì)廢棄物具有雜質(zhì)多、來(lái)源廣、儲量大及難處理等特點(diǎn)，如果處理不當會(huì )危害環(huán)境及人體健康，引發(fā)疫病。據統計，我國每年產(chǎn)生約2.5億噸秸稈類(lèi)生物質(zhì)廢棄物，而生物質(zhì)液化、生物柴油、堆肥填埋及直接焚燒等傳統生物質(zhì)廢棄物處理方法，均無(wú)法實(shí)現高效綠色的利用。

   為解決這一關(guān)鍵技術(shù)難題，實(shí)現秸稈類(lèi)生物質(zhì)廢棄物的資源化利用，合肥工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院姚運金副教授課題組，首次研發(fā)出生物質(zhì)碳復合功能相三維材料的制備工藝，以秸稈類(lèi)生物質(zhì)廢棄物為原料經(jīng)化學(xué)活化后與金屬二價(jià)鹽及含氮化合物均相混合，通過(guò)高溫熱解制備出3D功能催化材料，實(shí)現了生物質(zhì)廢棄物資源的再利用。每克該新型材料的總面積最高可達1500平方米，對目前廣泛存在的持久性有機及無(wú)機類(lèi)有毒污染物均呈現出顯著(zhù)的去除性能，且去除效率是傳統納米復合材料的50至100倍。

   據介紹，該新型3D復合材料的制備工藝將生物質(zhì)廢棄物活化為三維多級孔功能炭載體，利用其本身的多孔結構、高比表面積及表界面特性，原位引入金屬納米功能相，在單設備中實(shí)現了金屬離子的還原、金屬納米粒子的碳包覆以及氮非金屬元素的摻雜改性，克服了傳統熱解法制備工藝復雜、還原處理風(fēng)險較高以及非金屬元素改性效果不佳等缺陷。

   同時(shí)，該材料中碳包覆金屬納米顆粒形成的核殼結構有利于電子傳輸，氮元素的摻雜增加了碳層表面的活性及分散性，豐富孔隙結構和高比表面積提高了接觸、活性位點(diǎn)數，包覆納米結構使金屬納米粒子免于被毒化，極大提高了其在實(shí)際應用中的抗中毒能力、穩定性及重復利用性，且生物質(zhì)原料資源豐富，制備成本低，比表面積大并具有多級孔結構，因此具有廣闊的工業(yè)化應用前景。

   該新型制備工藝實(shí)現了生物質(zhì)廢棄物的再利用及污染物的高效去除，且其具有工藝簡(jiǎn)單、成本低廉及易大規模生產(chǎn)的特點(diǎn)，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。同時(shí)，該新型制備工藝為基于生物質(zhì)的3D先進(jìn)功能催化材料的開(kāi)發(fā)、構筑和應用提供了理論支持及科學(xué)指導。