石墨烯在水处理的应用「石墨烯最新应用进展」

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图为立式石墨烯阵列材料。 信合启越供图

中新网重庆11月2日电 题：重庆：立式石墨烯功能材料将应用于污水处理等多个领域

中新网记者 李安江 刘贤

作为具有优异的光学、电学、力学特性，应用极其广泛的新材料，石墨烯近年来备受瞩目。石墨烯应用产品距离普通民众有多远？带着这一问题，记者近日探访了位于西部(重庆)科学城的一家高新技术企业信合启越：安静、少人的生产车间内，创新的规模化制备工艺正控制碳原子在多种金属、非金属基材上“直立生长”，高度以纳米计，形成立式石墨烯材料。

图为电催化石墨烯膜水处理中试设备。 信合启越供图

揭秘研发“偶然性”故事：从碳纳米管到石墨烯

据重庆官方媒体报道，2021年8月，西部(重庆)科学城上半年集中签约活动举行，投资总额达417亿元的41个项目签约。其中，信合启越立式石墨烯电催化产品产业化项目是由重庆信合启越科技有限公司投资2.54亿元建设。其首创的立式石墨烯电催化电极、立式石墨烯场发射电极、立式石墨烯电储能电极等新型功能材料，具有广阔的应用前景。

“我们最初其实是做碳纳米管制备技术研发的。石墨烯概念在学界受到广泛关注后，我们对产品表征进行对照分析，才确定其构成是石墨烯材料。后来经过第三方专家及科技部专家的分析认定，我们当时只有十几人的团队由此承担了‘863计划’项目‘石墨烯的控制制备及其在光电领域的应用’课题。”重庆信合启越总经理李葵阳在记者探访时，揭秘了技术研发的这一“偶然性”故事。

该负责人解析，碳纳米管有很好的场发射性能，曾经是场发射材料的研究热点。但控制直立生长的碳纳米管形成方向一致的阵列，避免弯折和相互缠绕的技术难度很高；同时碳纳米管底部与基底结合面积非常小，结合强度一直是影响其耐高电压、耐高温性能的关键难题。公司团队按照需求目标进行针对性研发，不断改进制程工艺、核心生长设备和产品结构形貌。到后来，最接近目标的产品结构已经是立式石墨烯了。

在项目课题的支持下，该公司致力于立式石墨烯材料制备及其应用技术的研发，逐渐发展出涵盖立式石墨烯基础材料、功能材料、核心器件到终端应用产品的系列产品线。

图为石墨烯场发射X射线管生产车间。 刘贤 摄

破解产业发展难题：产品将应用于多个领域

理想的石墨烯是完美的二维蜂窝状单晶纯碳材料，而现实中的石墨烯多是由单晶碎片堆积起来的粉体或含缺陷多晶薄膜。实现石墨烯的可控、宏量、高品质制备，拓展石墨烯下游应用领域，是当前石墨烯产业发展面临的底层问题。

据李葵阳介绍，2022年9月，第三方专业科技成果评价机构中科合创(北京)科技成果评价中心组织专家，以视频连线方式召开了由该公司和重庆大学共同完成的“立式石墨烯阵列材料的制备及其应用”项目科技成果评价会。

专家组听取连线项目完成单位的汇报，经质询讨论，形成相关意见：项目针对石墨烯材料规模化制备及其在下游应用产品开发和产业化方面的难题，开展了立式石墨烯阵列材料制备技术及其应用技术研究。通过材料制备方法、核心制备设备、批量生产工艺技术开发，突破了立式石墨烯材料的规模化制备技术瓶颈。同时以立式石墨烯阵列材料为基础，开展石墨烯电催化氧化水处理应用技术和石墨烯场发射X射线应用技术研发，开发出电催化石墨烯膜水处理设备及石墨烯场发射X射线管应用产品。

以各界高度关注的水处理领域为例，公司相关负责人介绍，当前的反渗透或纳滤膜过滤、臭氧生物活性炭降解、活性炭吸附、芬顿氧化、金属催化剂催化氧化等技术，在去除效果、运行成本、二次污染等方面存在缺陷。而电催化石墨烯膜水处理设备是采用立式石墨烯阵列材料复合碳纤维多孔材料作为阴极微滤膜，基于碳基材料电化学阴极催化氧化原理构成的新型水处理反应器，能够高效低耗去除水中难降解有机物、耐药菌及其抗性基因等污染物。该产品已交付重庆长寿化工园区、重庆潼南电镀产业园区完成产品中试，预计于今年底明年初投放市场。

在全国石墨烯产业发展版图中，重庆并不在第一梯队，但当地十分重视该产业的发展。“加快气凝胶、石墨烯等前沿新材料产业化、工程化步伐”被写入《重庆市战略性新兴产业发展“十四五”规划(2021—2025年)》。该规划在先进材料产业发展重点的创新平台一栏里，专门提到“石墨烯制造业创新中心”，明确要围绕石墨烯材料的制备和应用，开展技术路线图编制、共性关键技术研发、成果应用示范、成果转移转化、体制机制探索等。

李葵阳对未来发展颇具信心：公司目前已申请获得中国、美国、德国的多项发明专利，相关终端产品、核心器件已经或即将进入市场化阶段。其中，安检及工业检测X射线管产品已实现销售逾5000只、销售收入逾1200万元。石墨烯催化锌铁液流电池产品已完成小试，即将开展中试。(完)