文/李梅
纳米技术是用单个原子、分子制造物质的科学技术,研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米科技,是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术,具有鲜明而独特的优势。纳米材料具有高体表面积,高吸附性能,荷叶效应,高渗透与超疏水功能,高效纳米催化功能,高效纳米消毒杀菌功能,纳米传感检测功能,充分利用纳米技术的优势,可以解决环境保护与环境治理中的挑战性难题。
图1 空气净化材料规模化生产线(制浆、涂覆、浸渍、干燥、焙烧)
崔大祥教授既是上海交通大学讲席教授,又兼任上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司的总经理。除了从事纳米诊疗技术方面的研发之外,与纳米中心的环境部门人员一起,拓展纳米技术在环境保护与治理方面的应用研发。
实现纳米技术新突破 研发系列纳米自洁涂料
“绿水青山就是金山银山”,加强环境保护与环境污染的净化治理已成为我国的基本国策。如何保持道路、桥梁、钢架结构的建筑物表面清洁防腐、如何高效监测治理隧道等半封闭空间的空气污染与工业废水及河道水污染,已成为环境治理的瓶颈与挑战。
崔大祥教授团队从2007年起,与上海浦东工程建设管理有限公司合作,共同承担上海市科委的“环保型超耐候性纳米涂料的研制及应用”项目,针对道路、桥梁、建筑物表面保护的不同需求,研发了系列纳米自洁涂料。研发了水泥界面的环保型超耐候性纳米涂料;钢架结构桥梁的磁性疏水自洁防腐防火涂料;高速公路护栏的二氧化钛氟碳自洁复合涂料;高架桥柱的自洁超疏水防腐涂料,在上海世博园外围工程中获得示范应用,有效防腐,抗紫外,防污自洁,高吸附性能,使用8年以上,仍保持界面的自清洁。在此基础上,与上海嘉定交通发展集团有限公司、安徽省高路建设有限公司展开合作,把研制的系列纳米涂料在桥梁、隧道、高速公路护栏以及市政工程进行了推广应用,取得很好的效果。目前,聚焦开展多功能纳米自洁涂料的研发。
研发纳米科技新材料 迈向绿色环保创新路
隧道、地下停车场等半封闭空间主要污染物有:颗粒物(PM)、一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)等。随着汽车尾气的排放,整体浓度超过国家二级空气质量标准5倍以上,部分污染物浓度瞬时高达近百倍。如何解决半封闭空间空气污染物的治理问题,是一个全球挑战性难题。
隧道空气中PM, CO, NOx, CH,甲醛含量实时监测专家系统
针对半封闭空间如地下隧道、地下停车场等半封闭空间机动车排放的CO,NO,CH化合物,PM等超标治理的需求,纳米中心前任总经理何丹农教授与总工程师施剑林院士带领团队在全球首次研发了系列常温纳米催化剂与集除尘-CO-NOx/HC净化为一体的成套净化系统,在翔殷路隧道示范工程项目中对 ﻪPM、CO、NOx、HC 的净化效率分别为 97.2%、82.1%、 80.6%和 ﻪ83.9%,治理后可达到环境空气质量一级标准。建立了空气治理评价的上海标准。目前,围绕如何延长纳米催化剂的使用寿命,开展研发可反复使用的纳米催化剂,并在全国空气治理项目中竞标推广应用。
针对炼油厂废水、上海宝钢冷轧废水、电镀污水的治理的需求,发明了系列纳米絮凝剂,发明了去除电镀废水中可溶性有机物和重金属粒子的方法,实现了不同工业废水的处理达到国家排放的标准。在此基础上,率先充分利用太阳光照射纳米催化剂降解工业废水中有机物,研发了集纳米絮凝-纳米光催化-纳米臭氧催化为一体的污水综合治理装备,在工业废水治理中发挥了很好的作用,在全国竞标推广应用。
针对蓝藻污染水治理需求,建立了“纳米绿色抑菌+纳米高效催化吸附+有益微生物”综合治理技术方案,研发了系列纳米消毒剂,纳米催化剂,纳米杆菌激活剂,结合有益微生物,实现了黑臭河道与局部泛滥绿藻的高效治理,实现了蓝藻污染的水质净化,达到国家标准要求。
针对隧道等半封闭空间空气中不同的VOCs成份如PM、CO、NO、碳氢化合物、甲醛等,研制了气体成分超灵敏检测传感器,检测极限为0.05ppm, ﻪ结合物联网与云数据技术,实现了空气成分实时监测。研发了气体敏感材料如SN单原子修饰的TiO,实现对甲醛高灵敏特异检测,获得中国(上海)国际发明创新展览会金奖1项。针对水质实时监测的需求,研发了水中COD、 ﻪDO、pH、电导与温度,重金属离子检测的传感器,实现河道水质5参数的实时监测与重金属离子的监测,研发产品已开展了示范推广应用。
总之,纳米科技在环境保护与环境治理方面具有独特的优势,国家纳米工程中心研发的系列纳米技术产品,在国家与地方一些重大工程上获得推广应用,创造了很好的经济效益与社会效益。机动车尾气区域性污染综合治理示范工程入选2020年生态环境创新工程百佳案例, ﻪ有关成果获得2020年度中国发明协会一等奖,为“绿色、环保、健康中国”做出了实质性的贡献。“不忘初心,牢记史命”,崔大祥老师与纳米中心团队,将研发新的系列纳米科技产品,继续拓展在环境保护与环境治理方面的应用。
纳米抗“疫”新力量 研发团队显担当
一个民族在灾难中所失去的,总是以社会的巨大进步为补偿。但这个补偿不会从天而降,从“一带一路”到“中国创造”再到本次“科技战疫”,每一项大国重器的背后都有这样一群高校人员为国家战略提供坚强有力的科技支撑。新冠肺炎疫情发生以来,各高校充分发挥科研优势和多学科综合交叉优势,积极开展科研攻关,尽最大努力打赢疫情阻击战。
面对疫情,上海交通大学迅速成立防控科研工作组,多部门联动推进科研工作安全高效开展;依托多学科综合交叉和科技人才优势,围绕和对接疫情防治需求,全力开展科研攻关,加快推进科技成果的临床转化和实际应用。上海交通大学表示,作为科研攻关重要力量的高校,更应积极发挥人才和学科优势,加大前沿科技攻关力度,掌握核心技术成果,创新科技成果转化,聚焦科研内涵式发展。
崔大祥教授攻关团队积极响应科技部“把论文写在抗击疫情的第一线”工作要求,开发了气溶胶样本采集设备与冠状病毒RT-PCR检测试剂盒、新冠病毒(COVID-19)急速检测卡,把检测时间缩短到5-10分钟。目前,研发了核酸自动提取与扩增检测一体机。与倪健教授一起,克隆融合表达冠状病毒S蛋白的RBD和NTD肽段,选择负载肌肽的氧化石墨烯作为免疫佐剂,结合CpG岛,组合成疫苗GO-Car-CpG-RBD,诱导小鼠产生了高效价的特异性中和抗体,诱导机体产生了细胞免疫,细胞因子分泌量明显上升,具有潜在的预防效果,在此基础上,结合微针技术开发了贴膜疫苗,为进一步的疫苗临床试验奠定了坚实的基础。
针对新冠病毒感染者快速筛查的需求,筛选出新冠病毒感染相关的呼气标志物,研发了呼气标志物快速检测的传感仪器,在浦东医院临床验证,符合率达到95%以上,正在扩大设备的组装与鉴定,为申报医疗器械证作准备。
针对新冠病毒消杀需求,与陈怀俊、叶建平等合作,研发了通道式222纳米消毒杀菌门,采用222nm远紫外技术,快速消杀,5秒完成杀菌杀病毒,自动监测门附近空气中细菌与病毒的含量,人员通行安全无损伤。研发了系列纳米银等消毒产品,为防疫作出了重要贡献。
崔大祥教授带领团队始终致力于其应用研究领域,不曾怠慢。其负责研制的系列标志物快速检测的磁性纳米粒子标记的层析芯片与配套定量检测设备,获得系列发明专利,正在申报医疗器械证书,进入临床应用后,将会产生较大的社会效益。科学是第一发展力,我国新一代青年,重在源头创新,研发新技术、创造新知识,开拓新领域,服务于国家战略,把论文写在祖国大地上。
