【产学研经典案例】“变废为宝”攻破大飞机制造污染难题- 大数跨境

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【产学研经典案例】“变废为宝”攻破大飞机制造污染难题

科技牛咨讯

2021-08-16

导读：来源/上海科技报作者：刘禹飞机的制造需要大量的铝合金材料。这些铝合金材料与我们日常接触的铝合金材料有很大差别

来源/上海科技报

作者：刘禹

飞机的制造需要大量的铝合金材料。这些铝合金材料与我们日常接触的铝合金材料有很大差别，要适应蓝天中长时间飞行的需求，其性能要求更高，要耐磨更要耐腐蚀，所以在制造中需要在铝合金材料中加入各种金属元素，促其“强身”。但是这样的制造过程会产生大量废水，处理废水则需要大量的人力物力。而上海理工大学的陈维芳教授团队利用高精尖技术，轻松化解难题，变废为宝，大大降低了企业的原材料成本。
“原本只是打算试试，没有想到成功了！”

“一开始没有想到会成功。去年上海理工大学和上海商飞签署了合作协议，上海商飞提出了一些亟待解决的技术难题，我们各个学院的老师根据自己的技术能力，来决定是否可以提供解决方案。”爽朗的陈维芳告诉记者，“当时参会的时候，学校化学领域、光电领域的大牌教授都参加了，我们只是打算去看看，没有想到这个难题正好和我们的技术能力契合。”

上海商飞在铝合金生产中会产生大量废水，这些废水中铬的浓度是普通废水的几千倍，属于工业上的高危废水，有很强的致癌性。过去企业会请专业公司进行处理，每年需要耗费大量的资金。这对于上海商飞来说，是一笔不小的开支。

陈维芳说，最大的难题是每天高危废水产生的量是不固定的，这对于研究者来说，是很头痛的问题。定量的排放量才能更加方便地给出应对策略。
　在不少专家一筹莫展的时候，陈维芳果断地接下了这个任务。没有金刚钻不拦瓷器活。48岁的陈维芳在污水处理领域是一位技术能力出众的科研工作者，她的本科和硕士阶段的学习生涯都在清华大学环境工程系度过。在清华大学留校任教2年后又奔赴美国宾夕法尼亚州立大学土木与环境工程系攻读博士学位。在那里完成博士后工作之后，她又来到美国Norit公司担任研发工程师，主要从事开发活性炭项目，用于去除发电厂尾气中的汞。

陈维芳果敢地意识到，自己掌握的活性炭改性技术可以解决上海商飞的难题。

活性炭是环境治理中的一项关键技术，它的神奇之处在于不管面对废水中存在的何种金属，科学家都可以随心所欲通过活性炭改性，促其快速吸附到被处理过活性炭上，由此可以大大降低水中的金属含量。甚至医学上还出现了可服用的活性炭，有快速去毒的作用。
“我们给出的是最简单有效的方法！”

陈维芳团队结合活性炭改性技术，专门为上海商飞设计了一套萃取加还原和沉淀的技术方案。

“这种方法特别简单有效！只要在废水池里放上简单的装置，里面的‘铬离子’就会源源不断‘聚拢’过来，水中的铬浓度就会慢慢地达到国家排放标准。”陈维芳说。

光解决水中的问题还不够，陈维芳考虑得更远。她告诉记者，铬金属的价格并不便宜，这么多的铬离子遗落在水中，只是处理很可惜；如果可以将其回收利用，就可以大大节约原材料采购成本。

最前沿的活性炭吸附技术让这一设想有了可能。“这些铬离子被吸附后，可以很轻松地和活性炭加以分离，通过简单的回收过程，大量的金属铬就可以被送到上海商飞的生产第一线，再一次被应用到飞机用铝合金的生产中去。”陈维芳介绍说。

在研发过程中，最让陈维芳头痛的是浓度测试方法。实验室里高精尖的仪器可以在废水中测试到最微量的金属元素，而对于高浓度的废水浓度测定，只能寻求最古老、最基础的检验方法。“这也教育我们，不是每个废水处理的浓度监测都需要先进仪器帮忙，解决实际工业生产中的问题，有时候还要求助于传统方法。”陈维芳说。

除了解决废水排放，陈维芳团队还解决了上海商飞废气排放的难题。在上海商飞的上千平方米的喷气车间里，每天会产生对企业员工身体造成危害的大量挥发性有机物，必须第一时间将它们处理。上海商飞曾经邀请一些专业公司使用活性炭进行处理，但是遗憾的是虽然浓度达标，但是排放速度始终不达标。上海理工大学环境学院的实验室没有仪器可以测量这样的排放速度，陈维芳团队专门建立了相关模型进行模拟实验，最终通过吸附剂改性的方法，大大提升了吸附速度，又一次成功破解了难题。
“国家的需要就是我们努力的方向！”

这次成功破解难题的经历也给了陈维芳自信，在回国的数年前，她一直把科研精力放在基础研究方面，承担了大量国家纵向课题。“虽然在基础研究领域有了很多突破，但是我们从未意识到这些成果可以被应用，而现在我们有了被强烈需要的感觉！”谈起这次的经历，她有些激动。

现在，她的科研团队也开始根据国家和社会的战略需求，开始调整自己的研究方向。陈维芳的眼光还投向了河道底泥的处理，以及废弃的印制电路板材料的资源化应用方面。团队成员吕娟博士毕业于同济大学环境工程专业，正在聚焦芯片生产全流程的清洁安全问题，全力攻克微电子行业的污水排放问题；许智华博士也在水污染控制技术和固体废物处理处置与资源化利用的研究领域发力。

陈维芳告诉记者，上海商飞的难题解决只是一个起点，未来她的科研团队将努力把实验室的科研成果应用到实际生产中去，不仅为上海商飞，也能为更多领域的各大企业解决废水废气处理的难题。