这种神奇的三维石墨烯管是如何让污水七天变清水的

2015年9月，中国科学院上海硅酸盐研究所、宾夕法尼亚大学和北京大学合作研究，黄富强、毕辉、陈一苇等发现了一种三维石墨烯管的“超级材料”，属于一种新型的具有分级多孔结构的cellular material，兼具远优于已有碳材料的强力学、低密度、高导电等特性。该石墨烯宏观体的密度可低达1 mgcm-3（连续可调），比表面积可高达1000 m2g-1。该三维石墨烯首次由四连接的石墨烯纳米管通过碳碳共价键键合，形成类似金刚石的四配位三维稳固结构。

三维石墨烯管宏观和微观形貌

该三维石墨烯管具有高强度，压缩模量可达100MPa，可以支撑自身重量的40,000倍，没有发生明显形变，同时还具有超高弹性，压缩形变95%以上，循环1000次后几乎可完全恢复，为所有cellular materials之最。石墨烯空管材料拥有优异的电导率，电导率可达70 Scm-1，三维石墨烯管可作为性能优异的弹性导体，其力学和电学性能是目前 道的多孔石墨烯的1-2个数量级高，可以应用于新能源领域。此外，该材料具有超疏水特性，吸附有机溶剂超快，吸附有机溶剂达自身重量的600倍以上，可用于污水处理，如海上漏油等。

三维石墨烯管优异的力学、电学和化学吸附性能

在发现出这种“超级材料”后，中国的研究团队经过两年多的艰苦钻研，终于研制成功一种治理污水的新材料，利用该新材料，光照2周内，可明显改善水质，帮助污水变清。

2018年5月，中科院上海硅酸盐研究所首席研究员黄富强带领的团队成功研发出治污新材料，新材料由三维石墨烯管和黑色二氧化钛混合而成，其原理是“物理吸附+光化学催化降解”。三维石墨烯管负责牢牢“抓住”有毒有机物，黑色二氧化钛作为光催化剂，可吸收高达95%的全太阳光谱，把有毒有机物降解为二氧化碳和水。

左图：在中科院上海硅酸盐研究所实验室内，课题组研究人员将治污新材料倒入富含大量油污的污水量杯，开始吸附效果时长测试。右图：吸附效果测试结果显示，3分4秒后，量杯中的污水由明黄色变清澈，刺激气味随之消失。

在中科院上海硅酸盐研究所内，黄富强团队在组装用于铺设在污水表面的“治污神器”

长宁区天山公园湖面一角铺设了治污材料

在上海天山公园和中山公园，周围居民反映，湖底淤泥深厚，气味腥臭，湖面常有死鱼漂浮。将涂覆有新材料的光降解吸附 铺在湖面后，不动水底淤泥，吸附 就能将有机物分解为二氧化碳和水，进而提高水体含氧量，增强水体自净化和生态修复能力。上海轻工业环境保护技术研究所检测中心和江苏省环境科学研究院环境工程重点实验室的检测结果显示，治理仅7天后，化学需氧量、氨氮、总磷等代表性指标均从劣五类水改善至五类水以上。

中科院上海硅酸盐研究所首席研究员黄富强

黄富强教授是国家重点研发计划首席科学家、国家“万人计划”科技创新领军人才，他一直倡导基础科研也有产业使命，我们要做有用的化学和材料。在基础科研领域，各学科间表面看是“跨界”，本质上却相通，基础科研与产业应用也相通。“科学技术是个‘宝贝’，会发出不同波谱。只要保持开放心态，敢想、敢闯、敢试，自然会接收到波谱传来的能量，加速成果转化应用。