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高性能纳米氮掺杂二氧化钛可见光光催化材料的规模化制备及产业化应用技术获产学研合作创新成果一等奖

文章来源:更新时间:2020/1/2 16:00:06

    由北京科技大学、中关村人居环境工程与材料研究院、北京为康环保科技有限公司、解放军第306医院和北新集团建材股份有限公司等单位联合申报的“高性能纳米氮掺杂二氧化钛可见光光催化材料的规模化制备及产业化应用技术”成果近日获得中国产学研合作促进会评选的产学研合作创新成果一等奖。



    据悉,项目团队以“让我们住得更好”为己任,历时15年,先后在国家自然科学基金、国家“863”计划、十三五重点研发计划等课题的资助下,从材料基础创新到设备工艺创新,先后攻克低温同步氮掺杂、纳米材料的高效分散、纳米种植等关键技术难题,实现了可见光光催化材料的低成本规模化制备。

  该项成果率先解决了中国科学技术协会在2018年提出的“可见光光催化材料”这一国家亟需解决的重大科技难题。项目负责人北京科技大学教授曹文斌组建了以多学科交叉、基础研究和产业应用并重为特色的研究团队,通过长期深入研究,提出了纳米TiO2的低温水热合成与同步掺杂机制,攻克了纳米氮掺杂二氧化钛(N-TiO2)制备关键技术,通过核心装备和工艺开发,实现了纳米N-TiO2的规模化制备和在绿色建材等领域的产业应用,取得了多项创新性成果。



    首先,该项目提出了低温水热合成与同步掺杂机制,突破了纳米N-TiO2短流程低温水热合成关键技术。通过调控水热条件下TiO2形核过程中Ti-N、Ti-O的竞争反应动力学,一步实现了纳米TiO2的合成、氮掺杂与晶化,并获得中国发明专利授权。

  其次,该项目开发了短流程低温水热合成核心装备,建成了纳米N-TiO2示范生产线并实现了规模化制备。基于传质、传热过程的模拟,开发出短流程纳米N-TiO2低温合成核心装备,以此为基础自主设计并建成了年产能吨级的纳米N-TiO2示范生产线。通过合成装备结构及工艺优化,攻克了纳米材料在合成过程的均匀性、批次稳定性和易于发生团聚等难题,实现了纳米N-TiO2粉体的规模化制备和低成本稳定生产。稳定生产的材料经第三方检测表明,在可见光照射下,对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌的光催化抗菌率分别达到99%以上;防霉等级达到最高等级零级;对甲醛、TVOC的24h光催化降解率分别达到80%以上。

  再次,该项目攻克了纳米N-TiO2粒子在不同基材表面的附着技术,开发了3种具有抗菌净化功能的新型建材产品且成功地实现了产业应用。基于无机助剂体系的开发,成功地开发出具有可见光响应能力的光催化抗菌净化液(北京市新技术新产品认定编号:XCP2018XC091);提出并采用纳米粒子在基材表面的“种植”技术,开发了光催化抗菌净化炫晶板(北京市新技术新产品认定编号:XCP2018XC0002)和抗菌净化矿棉吸音板等新型建材产品。上述产品已成功应用于学校、医院等场所,并创造了良好的经济和社会效益。



    最后,该项目分别编制/修订有关光催化抗菌、空气净化性能测试方法及光催化产品有关的国家标准6项(4项在研),团体标准6项。标准的编制和实施,有效促进了光催化技术进步和产业的的健康发展。

 


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