無(wú)線氣體報(bào)警儀
當(dāng)前，霧霾現(xiàn)象在中國(guó)愈發(fā)突出，尤其是重霧霾愈演愈烈。研究表明，大氣中的二氧化硫(SO2)會(huì)最終形成硫酸煙霧，是造成重霧霾現(xiàn)象的元兇之一。此外，由于SO2會(huì)刺激眼睛、皮膚和呼吸道等，對(duì)人類(lèi)的健康造成了嚴(yán)重的危害。來(lái)自燃煤發(fā)電廠的煙氣，是大氣中SO2的主要來(lái)源，因此有效降低燃煤電廠煙氣SO2排放量十分重要。國(guó)內(nèi)燃煤電廠現(xiàn)已大范圍采用的是濕法煙氣脫硫技術(shù)，該技術(shù)脫硫效率相對(duì)較高，但依舊存在脫硫成本高及能量浪費(fèi)的不足。
開(kāi)發(fā)一種經(jīng)濟(jì)甚至可以盈利的脫硫方法對(duì)于我國(guó)應(yīng)對(duì)霧霾問(wèn)題至關(guān)重要。張立武課題組利用光電催化技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)了利用煙氣中的SO2產(chǎn)氫。光電分解水制氫是目前廣泛研究的制氫技術(shù)，但是光電分解水過(guò)程中陽(yáng)極上的水氧化產(chǎn)氧反應(yīng)嚴(yán)重制約了該過(guò)程的效率。由于產(chǎn)氧過(guò)程需要四個(gè)電子且速度較慢，另外產(chǎn)生的氧氣經(jīng)濟(jì)價(jià)值也不高。而脫硫過(guò)程產(chǎn)生的亞硫酸根可以作為產(chǎn)氫的犧牲試劑，因此可以將脫硫與光電化學(xué)產(chǎn)氫進(jìn)行結(jié)合。研究發(fā)現(xiàn)，如果在光電解水制氫的陽(yáng)極引入SO2，可以上百倍地提高產(chǎn)氫效率。
據(jù)計(jì)算，每產(chǎn)生1千瓦時(shí)火電所產(chǎn)生的SO2約0.03kg，若利用該方法將這些SO2經(jīng)過(guò)光電產(chǎn)氫，則會(huì)產(chǎn)生約10升氫氣。中國(guó)2016年火力發(fā)電約4.5萬(wàn)億千瓦時(shí)(占總發(fā)電量70%以上)，其耗煤約11億噸，產(chǎn)生SO2約1.35億噸。針對(duì)國(guó)內(nèi)近些年大范圍霧霾天氣問(wèn)題，煙氣中SO2排放濃度標(biāo)準(zhǔn)也更為苛刻，故發(fā)電廠的脫硫量則會(huì)不斷增長(zhǎng)。如果能將該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用在火力發(fā)電脫硫過(guò)程中，則會(huì)產(chǎn)生約有45萬(wàn)億升(即450億立方米，約40億千克)氫能源，保守估計(jì)價(jià)值1600億元，節(jié)約電解水耗電1350萬(wàn)度，其帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境及能源效益是非常巨大的。該項(xiàng)技術(shù)在霧霾治理、解決能源危機(jī)及社會(huì)可持續(xù)發(fā)展方面具有重要的意義。
該論文于2017年3月22日發(fā)表在《環(huán)境科學(xué)：納米》(Environ.Sci.: Nano, 2017, DOI: 10.1039/C6EN00638H)，并被遴選為當(dāng)期內(nèi)封面，第一作者為2015級(jí)博士研究生韓瑾。通訊作者張立武教授于2014年從劍橋大學(xué)回國(guó)加入復(fù)旦大學(xué)環(huán)境系，國(guó)家青年千人計(jì)劃入選者，曾入選德國(guó)洪堡學(xué)者，歐盟瑪麗居里學(xué)者。該研究依托上海市大氣顆粒物污染防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，得到科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)專(zhuān)項(xiàng)和國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。
