一片冰心金色梦:绿水蓝天祖国情

哈尔滨工业大学深圳研究生院欧阳峰教授

近日，记者获悉，哈尔滨工业大学深圳研究生院欧阳峰教授领导的团队在自然太阳光下降解丙烯腈实际工业废水小试实验取得成功。光催化是一项崭新的清洁能源利用技术，是二十一世纪代表性的前沿技术之一。光催化应用于环境领域将导致环境领域的产业革命，近20多年来在世界上倍受关注，被认为可能是诺贝尔奖级候选课题之一。欧阳峰领导的团队经十多年努力才实现这一目标，它标志着中国已经在此方向上走在世界的前列。1992年欧阳峰受国家教委委派，东渡日本留学，师从东工大堂免教授，主攻催化方向。堂免教授是国际上知名的成功地进行水光催化制氢中试的专家。从日本对光催化重视程度来说，他深知光催化技术将是未来重要发展的新技术之一。

欧阳峰在日本工作学习了十余年。回国后，他在哈尔滨工业大学深圳研究生院开创光催化有机物降解的研究，经多年积累发表的《太阳光下氟掺杂二氧化钛催化丙烯晴降解的研究》等系列论文，受到国际能源环境界誉为最负盛名的“非官方诺贝尔奖”——埃尼奖评委会的关注，使他成为该奖项2015年度候选人。

光催化剂是接受光线照射就能促进化学反应的物质，这是一种节能技术，但由于活性低，目前主要应用于空气净化，应用于大规模工业生产的例子甚少。为了保证与工业化反应速度相匹配,课题组首先选择了在工业废水处理中的光催化掺杂来加快反应速度研究。含氟催化剂的发现是他们打开厚重大门的第一步。硕士生王云腾在欧阳教授指导下,对非金属掺杂进行深入研究,发现氟掺杂二氧化钛对丙烯腈的降解率最高,毕业论文也获得了全国优秀硕士论文奖。后来博士生庞丹丹对此项目继续进行深入研究,“6分钟内，模拟太阳光下氟掺杂二氧化钛催化丙烯晴降解率可达66%。”欧阳峰与他的学生们的这个发现，对光催化降解有机物应用是一重大贡献，也是他找到解决光催化降解有机物问题的突破点。

硕士学生戴方为的不完整的工作引起欧阳教授的注意。硕士将他研究的新催化剂用于丙烯腈工业废水处理中，发现该废水中有机物迅速减少。实验还没做完，硕士毕业了。但欧阳教授以高度的科研敏感性发现水中污染物的降解反应数据具有突破性，这不正是自己梦寐以求的结果吗。他让博士生李翰良重复这些实验，结果对用常规混凝沉淀处理法前处理的工业废水在太阳光下降解至达标排放成功了。治学严谨的欧阳教授用目前使用的电位滴定法再做一次。结果显示经分子筛+高级氧化法前处理的工业废水在自然太阳光6小时照射下经光催化后，COD值从93降解至40 mg/L，成功地达到国家排放标准。在模拟太阳光6小时照射下经光催化和串并工艺COD值从150-88可降至60-20 mg/L，也达到国家排放标准。进一步增加照射时间COD值从150可降解至近零排放。这在世界上首次证明光催化剂有着无可比拟的技术优势，也是环保研究者追求的梦想。欧阳教授计算发现，如果采用二级光催化和串并工艺COD值从260-210可降至40-20 mg/L。工业废水中含有各种复杂有机物和无机干扰离子，使得光催化降解困难，以至现在二十多年的光催化研究中没有任何工业废水降解成功的报道。要光催化剂得以应用，必须降低催化剂的成本。也就是解决催化剂长效性，即多次使用活性稳定性问题。欧阳峰教授的团队已经通过催化剂的简单焙烧活化实现该催化剂重复使用，实现三次处理丙烯腈去除率稳定53-55%。这一结果说明该光催化剂已在太阳光下活性和稳定性上超过德国的P25，并可推测，如果催化剂回收率为98%，40次重复使用则催化剂的使用成本为9元/吨废水，与目前生物法降解丙烯腈废水持平。经成本计算说明我们合成的光催化剂已达到应用水平。该催化剂优势在于适用生物难降解废水，为生物难降解废水的处理开辟一条绿色节能的新路。欧阳峰团队的下一个目标就是实现对制药废水（350元/吨危废）、垃圾渗滤液（70-80元/吨）、涂漆废水等难降解废水的光催化降解处理。他指导下的学生将进一步完善高活性的复合氧化物，Ty系长效催化剂，高稳定Tz系催化剂等，开发出绿色环保长效催化剂。立足于最简单，放眼于最好。如果用废酸制备出具有高光催化活性的催化剂，这无疑将使光催化剂成本进一步降低30-50%。这预示着中国的光催化技术崭露头角时代的来到，这样“一个新的工业化”的突破的前奏曲诞生了。

欧阳峰团队通过催化剂表征提出的超细纳米菠萝型外观所形成的散射吸收理论，该形貌有利于太阳光吸收即光的利用率的提高。目前这项成果正在建立模型，定量计算中。该方法制造纳米颗粒，非常简单。他们已发现SiO2的存在，能有效地控制颗粒大小，并对三种催化剂活性造成成倍的的增加，该方法对二元体活性超细纳米材料的制备的应用将产生巨大影响。“关于这个方法的价值让专家去评说吧。”他说。他已把这一课题交给擅长模拟计算的邱露博士和另一博士生去完成。

欧阳教授深知一个高水平的研究要不断理论上不断挖掘与创新的支持。根据催化剂表征提出的超细纳米菠萝型外形的内部成块结晶体构成仿生结晶学所特有的基本概念，并总结了它的4个主要特征。（1）缺陷和颗粒边缘不影响晶面生长取向；（2）不同晶面端面原子之间存在相互作用，形成晶面之间具有固定的角度，并沿着这一角度生长。他们正在探讨原子夹角与前沿轨道夹角的关系。（3）SiO2固体颗粒表面在TiO2及其固溶体晶面形成时存在相互作用，所形成晶面方向和间距沿原有的固体表面不断变化，选择形成合适的晶面使结晶体系总能量最低。（4）对二元复合氧化物体系，强相互作用造成一种结晶对另一种晶体形貌产生影响。他们独创的酸中心促进理论已初具模型。最近欧阳教授发现从邱露博士提交论文中，发现水相中的光催化反应是不同于气相。表观反应动力学常数只是取决于取代基团供电子特性及吸附量，与苯环的电子云密度及反应分子截面并不成正比。由于水的存在，供电子基团无法在L酸上吸附导致反应速度下降。而另一方面,吸电子基团无法在L酸上强吸附导致反应速度增加。通过该理论可以判定苯环带有吸电子基团有机物在水中L酸催化剂上降解要快于苯环带有吸电子基团有机物在水中降解。欧阳教授认为该发现可能是光催化选择降解理论提供非常重要支持、是具有普遍意义的贡献之一。欧阳教授设计一研究计划，基团吸附理论将改变光催化反应机理基本理解和对现存光催化的产生巨大冲击。这一理论为催化剂设计提供理论基础。欧阳峰团队信心满满。因为他们坚信他们现在所持技术和理念可完成这一使命。“日本从2000年后至今共获得17个诺贝尔奖。今后20年可能是中国本土科学家开始的登台年代和辉煌的年代，中国本土科学家将不负使命引领开创科技革命的先河”。

十多年来，欧阳峰团队带着这样的金色梦想，在烟气氮氧化物去除、有机污染物的光催化降解和绿色化学等科研长征路上，一步一个脚印，脚踏实地地实现着建设绿色中国的梦想。

团队研究成果丰硕，另一具有代表性成果是可挑战壳牌公司的NO氨低温还原技术：目前欧阳老师团队在低温烟气脱硝方面，开发出锰系抗硫低温催化剂，实现了二氧化硫氧气浓度为140-570 mg/m3时，在温度区间150-180℃对氮氧化物的还原率可达80%以上。成型催化剂在200-260℃宽温度窗口内，氮氧化物去除率可达近100%。该类催化剂的各项指标接近世界一流水平，在低温抗硫性方面远超世界一流水平，它打破了锰系低温催化剂不抗硫的魔咒，为脱硝催化剂最为独特的技术。目前，团队成员洪德高在开展应用该催化剂处理烟气氮氧化物的中试研究。在进行放大实验的同时，他们采用废酸碱代替材料制备催化剂，这种代替材料所制备的催化剂成本比同类催化剂低30-50%，而反应性能保持不变。该催化技术低温省能抗硫范围宽，可适用于老工艺的改造，也适用于新设施的建设。现在他们正在积极筹集资金进行中试，争取早日将此催化剂投放市场。

目前，欧阳峰教授正带领团队为大气污染控制和清洁能源开发而工作。欧阳峰说，我们只有一个地球，爱惜环境，减少污染是每个人的义务，绿水蓝天明天会更美好!

欧阳峰，今年60岁，哈尔滨工业大学深圳土木环境工程学院教授。1982年毕业于中北大学。1986年获得吉林大学（石化所）物理化学硕士学位。1992年作为访问学者赴日进修。1997年获东京工业大学电子化学博士学位；1997年到2000年在地球环境产业技术研究所做博士后研究，然后转入日本通产省产业技术综合研究所绿色技术部门。在日的环境方面工作为他回国后从事环境研究打下坚实的基础。2003年回国；2008年入选深圳市双百人才计划，近年来主要从事有机污染物的光催化降解研究，以及烟气氮氧化物去除的研究。喜欢的人物霍金。他曾类似患难病靠药物维持运动，现在治愈而有口吃不能承担本科教育而退休。中国的世界一流水平大学如何办？是以教育为主大而全，还是以科技革命为先导，精而强。一场新的产业革命正在悄悄从深圳大学城开始。我爱你中国-我的祖国， 我爱你深圳大学城-新能源和环境产业革命发源地之一。一曲激愤的狂想曲在他的心中构成，搬开科技革命的绊脚石，让哈工大新的一代在阳光普照的大路上奋勇前行，走建设中国的麻省理工之路。

在此他感谢他的恩师，国际上光催化水分解工业化知名专家东京大学堂免一成教授，因为是他培养的科研能力和给了他金色梦想。他也感谢中国科学院院士-李灿，因为李院士在科学报关于光催化将引起环境领域产业革命的文章，坚定了他的成功信念。同时感谢哈工大付校长任南琪院士对他的信任。感谢科技部有关部门领导和工作人员在获艾尼奖提名后对他关注与支持。感谢日本大学大岛医生，是大岛得使他获得重生，同时感谢他的家人和其他医务人员为他的治疗付出的关心和帮助。也感谢同研究室朱荣淑、曹罡副教授的支持及参加研究的学生邱露、邱勇、庞丹丹、李翰良、Kashif, Naeem、王云腾、龚正雅、徐文薏、王亚楠、刘典、王亚男、肖立平、慈琳、朱颜、洪杰、张长亮、李登奎、洪德高、郭明新、张雪华、赵建树、杨锐捷、董敏华、苗诗雨。