近期，南京工業(yè)大學(xué)張永軍課題組采用廢舊輪胎作為原料，經(jīng)過(guò)破碎、磁選和低溫熱解等處理過(guò)程，得到了輪胎炭材料;并以銅鈰兩種金屬作為活性組分進(jìn)行負(fù)載，經(jīng)過(guò)高溫過(guò)程制備得到了新型高效銅鈰輪胎炭催化劑。課題組研究發(fā)現(xiàn)，該催化劑能高效催化過(guò)硫酸鹽體系，快速降解氧氟沙星，實(shí)現(xiàn)了資源利用和以廢治廢。相關(guān)成果已被環(huán)境類(lèi)旗艦SCI期刊接收AppliedCatalysisB:Environmental(IF=11.698)，并已于近日正式在線刊出。

“目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于廢舊輪胎的處理中，熱解法被認(rèn)為是廢輪胎資源化處理的最佳途徑之一，它可以實(shí)現(xiàn)廢輪胎無(wú)害化和資源化處理，其中輪胎熱解炭被認(rèn)為是最重要的產(chǎn)品之一，因?yàn)樗枷鹉z輪胎重量的30~40%。因此，高效回收利用輪胎熱解炭對(duì)于解決廢舊輪胎帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題起著至關(guān)重要的作用。”張永軍說(shuō)。

“常用的催化劑載體有活性炭、煤炭、TiO2和硅藻土，輪胎炭材料的優(yōu)勢(shì)是成本低，使用輪胎炭還可以減輕污染，實(shí)現(xiàn)以廢治廢。”瞄準(zhǔn)了輪胎炭之后，課題組開(kāi)始了尋找高效金屬元素及制備方法。

“用銅和鈰兩種金屬作為活性進(jìn)行負(fù)載，負(fù)載在輪胎炭上制備成催化劑，這是我們的最大創(chuàng)新點(diǎn)之一。”于楊老師告訴記者。在這之前，課題組成員曾經(jīng)用各種過(guò)渡元素進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)。論文第一作者劉西揚(yáng)告訴記者：“貴金屬成本較高，這不符合我們‘以廢治廢’的初衷，我們的目標(biāo)是使用廉價(jià)過(guò)渡金屬。但我們最初發(fā)現(xiàn)單金屬元素的效果普遍較差，后來(lái)開(kāi)始嘗試多金屬摻雜的思路，最終發(fā)現(xiàn)銅與鈰雙金屬協(xié)同可大幅提高催化活性和穩(wěn)定性。”催化氧化技術(shù)是業(yè)界公認(rèn)的去除難降解污染物的有效手段，也是南工大的傳統(tǒng)強(qiáng)項(xiàng)。

氧氟沙星是一種市面上常見(jiàn)的抗生素，每年國(guó)內(nèi)外使用量都巨大，在城市污水處理廠、醫(yī)院污水、地表水中檢出率非常高，但是傳統(tǒng)的廢水處理技術(shù)無(wú)法完全消除。“氧氟沙星一般降解采用高級(jí)氧化的方法降解，但高級(jí)氧化技術(shù)降出效率比較低，所以要添加催化劑，”于楊老師告訴記者：“我們制備的銅鈰輪胎炭催化劑采用的高級(jí)氧化處理技術(shù)中的過(guò)硫酸鹽氧化體系，方便又穩(wěn)定，可以將大部分有機(jī)物質(zhì)降解為二氧化炭和水。”

在降解氧氟沙星的過(guò)程中，課題組進(jìn)行了多組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示該催化劑結(jié)合微波，表現(xiàn)出了催化過(guò)硫酸鹽的最佳活性。“在微波的輔助下，銅鈰輪胎炭催化劑可高效降解氧氟沙星，TOC去除率可達(dá)95%以上。”劉西揚(yáng)跟記者解釋道。

“該成果對(duì)開(kāi)發(fā)制備價(jià)格低廉且高效的非均相催化劑具有重要的參考價(jià)值，闡明了雙金屬激發(fā)過(guò)硫酸鹽的機(jī)制，對(duì)過(guò)硫酸鹽氧化體系的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)具有指導(dǎo)性意義。”張永軍老師對(duì)該研究的價(jià)值充滿信心：“這也為廢舊輪胎處理處置提供一種新的方式，為難降解有機(jī)污染物的控制提供了新的解決方案，為實(shí)現(xiàn)‘以廢治廢’提供了新思路。”