纖維也能降解染料——談催化功能性纖維研究及其應用

　　主持： 陶璐璐
　　嘉賓：浙江理工大學博士 呂汪洋

　　如果有一天家里的窗簾、沙發都能“趕走”甲醛了，你是不是可以因為室內無處不在的保護而松了一口氣？同樣輕松的還有紡織行業中的印染企業，也許幾塊布就能實現他們節能減排的夢想。由浙江理工大學陳文興教授領導的催化功能性纖維及其應用基礎研究項目利用纖維材料在居室中大量使用以及纖維材料與染料的親和性等獨特優勢，提出了用催化功能性纖維降解有機污染物的新思路。本期我們請陳文興教授的學生、該項目主要完成人之一的呂汪洋博士談談催化功能性纖維到底有哪些特別之處。

　　兩大主要內容

　　四大創新點

　　主持人：催化功能性纖維項目主要的研究內容有哪些？

　　呂汪洋：主要是消除室內空氣中揮發性有機化合物及降解水中染料等有機污染物兩方面。我們以室內空氣中常見的甲醛、甲硫醇和硫化氫為目標污染物，設計制備了兩類催化功能性纖維。一類是中空核殼結構納米催化劑負載型催化功能性纖維。我們發明了中空核殼結構納米二氧化鈦光催化劑的制備方法，突破了影響二氧化鈦實際應用的光腐蝕有機載體的難題。該催化功能性纖維在光照下可以有效除去甲醛等有害氣體。另一類是金屬酞菁負載型催化功能性纖維，在它的作用下合成了兩類新型金屬酞菁衍生物，通過化學鍵合制備催化功能性纖維，在自然條件下無需光照即可催化消除甲硫醇和硫化氫等臭氣。

　　在降解水中染料等有機污染物方面，我們以印染廢水中的染料為目標污染物，研究催化功能性纖維的設計制備、降解有機污染物的性能、催化機理、降解歷程和降解產物等一系列基礎理論問題。首次提出了“纖維降解染料等有機污染物”的思想，即利用催化功能性纖維與染料等有機污染物的特殊親和性，將染料等目標污染物吸附聚集到催化功能性纖維界面和內部進行原位催化氧化降解，催化功能性纖維可重復循環使用。

　　主持人：催化功能性纖維項目的主要創新點有哪些？

　　呂汪洋：主要有以下幾個方面：

　　一是合成兩類具有水溶性、與纖維可反應性和高催化活性的金屬酞菁衍生物，通過與纖維素纖維、蛋白質纖維、活性碳纖維等接枝反應制備得到新型催化功能性纖維，可有效消除室內空氣中的臭氣和工業廢水中的染料等有機污染物。

　　二是制備中空核殼結構的納米二氧化鈦催化劑，它既保持了二氧化鈦的光催化活性，又避免了二氧化鈦對有機載體的光腐蝕問題。將此催化劑負載到纖維表面制得催化功能性纖維，可有效去除室內空氣中的揮發性有機化合物。

　　三是提出“纖維降解染料等有機污染物”的思想。即利用催化功能性纖維與染料等有機污染物的特殊親和性，將染料等目標污染物吸附聚集到催化功能性纖維界面和內部，在雙氧水等氧化劑作用下或直接利用可見光原位催化降解染料等有機污染物，催化功能性纖維可重復循環使用。

　　四是發現碳材料與金屬酞菁的協同催化機制，金屬酞菁與碳材料共價鍵結合，碳材料不僅起載體的作用，而且在催化反應中與金屬酞菁共同參與電子的授受，碳材料的引入能大大提高金屬酞菁的催化活性。利用此原理制備活性碳纖維負載金屬酞菁催化劑，能有效吸附聚集和催化降解酚類化合物，活性碳纖維可原位再生重復使用。

　　纖維優勢突出

　　常溫降解有害氣體

　　主持人：為什么使用纖維材料來凈化空氣和水中的污染物？和傳統凈化方法相比，它有哪些優勢？

　　呂汪洋：纖維材料不僅在制造和加工過程中少耗資源、少耗能源、少污染環境，而且也可以主動地治理環境污染。

　　針對空氣和水中的有機污染物，成熟的處理技術主要有吸附技術和生物技術。吸附技術主要采用活性炭和分子篩等高比表面積的材料來吸附有機污染物，從而達到凈化空氣和水的目的，但由于吸附材料吸附能力有限，需定期再生或更換，易產生二次污染。生物技術處理廢水設備簡單、操作方便、運行費用低，但是處理周期長、占用面積大，而且有毒持久性有機污染物對微生物有毒害作用，影響微生物的生長和降解有機污染物的性能。因此，業內又發展了具有高效、快速、氧化徹底的高級氧化技術，如臭氧氧化法、濕式氧化法、光催化氧化法等，其中光催化氧化技術研究最為矚目，但其也有局限性。

　　我們選擇金屬酞菁負載在纖維上制備得到系列新型的催化功能性纖維，提出用催化功能性纖維降解室內空氣和水中有機污染物的新思想，發現金屬酞菁負載纖維所制得的催化功能性纖維可以在室溫常壓下去除室內空氣中的有害氣體，以及可以催化降解水中的染料、酚類等有機污染物，并且可以重復使用。

　　可結合生物技術與循環利用

　　便于市場推廣

　　主持人：請具體談一下該項目成果的應用情況。

　　呂汪洋：纖維材料是一種細長型的材料，具有比表面積大、柔軟性好、容易編織成型等特點，因此我們研究的催化功能性纖維不僅可以做成窗簾、床墊、沙發以及各種室內裝飾品，而且還可用作空調過濾網、空氣凈化器等，并且經濟、方便、實用，因此這種空氣凈化纖維在家庭居室、辦公室、會議室、賓館客房、學校、商場等多種場所均具有良好的應用前景。

　　我們指導的大學生科研小組，用金屬酞菁負載型催化功能性纖維制作了“圣誕樹”裝飾品，不僅美觀漂亮，而且具有凈化室內空氣的功能，該成果獲得了第十屆“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽二等獎。

　　用催化功能性纖維制作的空氣過濾網，裝到光催化空氣凈化器上，有望凈化室內空氣。此外，催化功能性纖維可以與生物技術聯用，降解染料和酚類等有機污染物，并且可以循環使用?？傊?，在解決基礎理論問題和工程化研究后，催化功能性纖維及其延伸材料在空氣凈化和廢水處理等方面具有廣闊的應用前景。