中國工程院院士吳明紅

在獨創獨有上下功夫，在腳踏實地上做文章，在廣度深度上求突破，推動先進環境功能材料體系的創新與發展，力爭先進環境功能材料在減污降碳協同增效應用中的不斷突破，為我國“雙碳”目標實現與生態文明建設作貢獻

文 |《瞭望》新聞周刊記者 張建松 吳振東

中國工程院院士、上海大學有機復合污染控制工程教育部重點實驗室主任吳明紅，長期面向環境保護與生態文明建設這一國家重大戰略需求，將多介質環境協同保護與綜合治理作為主攻方向進行技術攻關，率先在工業源揮發性有機物治理、室內復合污染高效治理和特種工業廢水治理研究領域，取得了一系列突破性的成果。

深耕研究領域20多年，她帶領團隊率先提出先進材料的尺寸、表面、層間調控技術方法，設計和研發了“石墨烯基”高性能環境功能材料體系，通過皮秒級光電子轉移、界面π-π吸附、離子插層等技術手段，實現了功能材料對環境污染物的高效催化、選擇吸附和精準篩分。

今后，可借助先進功能材料的結構微調控方法，針對環境多介質復合污染協同治理的難點，進一步發展與完善高性能環境功能材料體系，實現復合污染物的高效去除及治理工程應用，這對于有效應對“雙碳”戰略下減污降碳、協同增效的重大需求具有重要意義。

功能材料為環境治理提供新途徑

《瞭望》：從你的研究領域看，研究方向如何與國家“雙碳”戰略契合？

吳明紅：優化協調減排和治理過程，減少碳排放和能源消耗，達到減污降碳協同增效，是環境保護領域實現“雙碳”目標的有效途徑。在環境治理與生態修復領域，減少污染的源頭排放、加強污染的治理力度是污染控制與修復的主要方式。

尤其是在加強多介質復合污染協同治理方面，一直面臨重大挑戰。一方面是因為多介質復合污染成分復雜，具有有機污染物、無機污染物、高分子化合物、重金屬等，同時各污染物之間相互作用還會形成耦合、螯合等復合污染物。另一方面是多介質復合污染危害性大，苯環、雜環等有機物穩定性強、毒性高、難以降解，對環境安全和人體健康造成嚴重威脅。

環境功能材料因其優異的納米隧道效應、光電化學性能、可調的減污降碳功能以及滿足環境多介質復合污染治理需求的特性，為減污降碳協同增效背景下的環境治理，提供了新方法、開辟了新途徑。

一方面，可以通過開發“污染治理”與“節能降耗”兼具的環境功能材料體系，實現對污染物的高效吸附、動態催化降解與選擇性資源化篩分。

另一方面，可以通過開發“溫室碳捕獲”與“新能源開發”并舉的環境功能材料技術體系，實現對二氧化碳、甲烷等溫室氣體的高效吸收與轉換，以及新型無碳能源（如氫能）的安全穩定再生。

創新應用功能化石墨烯材料

《瞭望》：你一直致力于將功能化石墨烯材料應用于多介質復合污染協同治理，在這方面取得了哪些研究成果？

吳明紅：20多年來，我們一直致力于以石墨烯為代表的先進材料合成制備、功能優化與批量生產，并將這些先進功能材料在多環境介質保護與修復中的應用作為主攻方向，在該領域取得一系列突破性成果。

我們率先發現了石墨烯與苯系物之間具有強烈的π-π相互作用，并據此自主研發了石墨烯耐高溫復合分子篩，提高了有機污染物的選擇性和催化效率；憑借化學裁剪法和分子融合法，研制了單晶結構、邊緣功能化的石墨烯量子點催化劑，其催化活性可通過尺寸和邊位修飾進行雙重調控，實現了污染物在室溫、可見光條件下的高效、動態催化降解；通過在氧化石墨烯層間插入金屬水合離子，首次實現了石墨烯層間距的埃米級精確調控，對復雜有機污染物及金屬離子表現出高效選擇和篩分特性。

目前，這些“石墨烯基”先進環境功能材料已經成功應用于空氣、水體等環境介質的污染治理與修復工程。研究相關的理論成果陸續發表在Nature、Nature Chemistry等國際權威學術期刊上，構建了“理論-技術-應用”的研究體系，獲得了國家自然科學二等獎、上海市自然科學一等獎、上海市科技進步一等獎、廣東省科學技術一等獎、中華環保聯合會科技進步獎特等獎等表彰。

《瞭望》：請詳細介紹一下相關的科技轉化應用。這對于環境保護領域的發展具有什么意義？

吳明紅：目前，“石墨烯基”功能材料已經很好地實現了轉化落地，比如中船集團工業源揮發性有機物治理、中國國際進口博覽會10萬余平方米場館等室內有機污染治理工程、內蒙古伊泰化工工業濃鹽水治理工程、核工業高放射性廢液處置與資源化工程等。

具體而言，我們基于石墨烯對苯系物的高效選擇性吸附，通過改性石墨烯與傳統介孔分子篩復合，研制了耐高溫石墨烯復合分子篩，解決了傳統工藝吸附效率低、安全隱患大、易失活等問題，在提升安全性的同時節能達20%以上，該技術方案成功應用于江南造船廠所有的揮發性有機物（VOC）治理工程，治理后的苯系物、總烴等污染物遠優于國標和歐盟標準。

同時，我們利用廉價的煤化工原料，成功制備了高品質、皮秒級響應石墨烯量子點，攻克了規模化生產難題，有效地滿足了特定場合下“時間緊、任務重”的室內復合污染高效治理需求，為我國重大活動的應急性室內環境高效治理提供了安全保障。

此外，我們構建了通過離子調控層間距的氧化石墨烯膜，實現了對膜分離層精度的精準控制，攻克了氧化石墨烯膜在運行中溶脹和分離層脫落的技術難題，并據此批量研制了具有多級離子篩分特性的工業膜，成功應用于內蒙古伊泰化工每年千噸級的工業濃鹽水治理工程中，首次實現了國內超大規模濃鹽有機廢水的近零排放，開創一條水質凈化與物質資源化協同的水處理技術新途徑。

這些科技創新成果的成功轉化落地，不僅表明先進環境功能材料在環境保護與生態修復中，具有很好的性能優勢和應用前景，還證明了環境功能材料在污染治理的同時所具備的低碳節能特性。這對于推動環境保護領域先進功能材料的不斷發展與革新、先進功能材料的工程轉化與應用，都具有積極的作用。環境功能材料在實際環保工程應用中所表現的減污降碳協同增效性能，為“雙碳”戰略背景下環境治理與生態修復的未來發展開辟了新路徑。

有待突破與發展的關鍵點

《瞭望》：推動環境功能材料更好應用于減污降碳協同增效，未來還需要有哪些突破？

吳明紅：雖然我們團隊在“石墨烯基”先進減污降碳協同增效功能材料的研發與轉化應用中，取得了一定的研究成果，但是，將環境功能材料應用于減污降碳協同增效中，還有很多可以突破與發展的關鍵點。

首先是材料本身的合成制備技術與功能化水平還有很大的進步空間，目前能夠廣泛應用于實際環境場景的功能化材料只是“滄海一粟”。

其次，大部分功能材料在制備過程中使用了貴金屬或稀土元素，這大幅提升了功能材料的研發和應用成本，同時研發功能材料批量生產的技術工藝也是當務之急。

最后，應盡快形成環境功能材料在減污降碳協同增效應用中的行業標準，規范相應的技術體系、工藝路徑、管理模式等。

急國家之所急、想國家之所想。今后，我們將繼續聚焦國家環境生態方面的重大需求，在獨創獨有上下功夫，在腳踏實地上做文章，在廣度深度上求突破，推動先進環境功能材料體系的創新與發展，力爭先進環境功能材料在減污降碳協同增效應用中的不斷突破，為我國“雙碳”目標實現與生態文明建設作貢獻。■