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实现“双碳”目标是一场广泛而深刻的变革。光催化技术的应用对解决中国环境污染和能源短缺问题,实现“双碳”目标具有重大和深远的战略意义。中国工程院院士、福建省人民政府顾问、福州大学校长付贤智将为我们分享光催化技术产业化过程中的困境和破解之道。

主持人光催化技术可以直接利用太阳能分解水制氢,实现从太阳能到氢能的直接转化,是清洁能源转换中最具前景的技术之一。请您介绍我国光催化技术研究的发展情况。

付贤智院士:光催化技术是一项可以利用太阳光来进行清洁能源生产、环境污染治理和二氧化碳转化的新技术光催化领域三大主要研究方向能源光催化环境光催化人工光合成。由于在解决全球性能源短缺、环境污染和二氧化碳减排等重大问题方面具有广阔的应用前景,光催化技术作为一项能够带来颠覆性变革的战略性新兴产业技术,成为当前国际研究的前沿与热点之一。

主持人目前,国内光催化技术研究与国外发达国家相比还有哪些差距?

付贤智院士:中国光催化相关SCI论文发表数量已位居世界第一,成为中国具有国际竞争力的学科领域之一。

2009年,福州大学、德国马普胶体与界面研究所和日本东京大学科研团队合作,首次将氮化碳作为一种新型光催化剂引入到光催化研究领域,颠覆了学术界长期以来“光催化剂通常都是无机半导体材料”的传统认识,开创了氮化碳光催化研究新领域。

中国光催化技术研究与发达国家相比主要存在两方面的不足:一是基础研究方面,具有原创性、突破性并能引领光催化学科发展方向的重大研究成果还不多;二是应用研究和工程化研究方面,基础研究与应用研究脱节。

主持人请您从产学研角度谈谈光催化技术产业化过程中的成就和挑战。

付贤智院士:福州大学环境光催化国家工程技术研究中心是2008年国家科技部批准成立的中国光催化领域唯一的国家级工程技术研究平台。该中心研制出一系列新型、高效、可见光诱导的光催化剂,开发出提高光催化过程效率的多种新技术、新方法和新装置,解决了光催化技术产业化实施的一系列关键技术问题。主要成就有:其与漳州万利达公司合作研发的光催化空气净化器远销欧美;与福厦科技公司合作研制了中国首台紫外光催化消杀冷链病毒设备,该设备在北京冬奥会和福建省内冷链监管集中仓、邮政、高校、医院等重要场景应用,为抗击新冠肺炎疫情作出了贡献。

光催化技术作为一项战略性新兴产业技术,在推广应用和产业化过程中将面临两大挑战:

一是要用先进技术取代传统技术。必须满足应用主体的要求——更高的效率、更好的效果和更经济的成本。必须加大投入强化基础研究,解决制约光催化技术广泛应用的重大科学技术问题。

二是作为先进技术如何从实验室技术转化为工程化技术。必须强化产学研协同创新,发挥企业作为创新主体的作用,主导光催化工程化技术研发与产业化实施。

主持人光催化技术的应用与人民生活中的水、空气、家居都密切相关。请您谈谈光催化技术在生态环保领域的应用现状和产业化的发展机遇。

付贤智院士:光催化环保技术对于环境污染治理、生态环境保护、提高人民健康水平和建设美丽中国意义重大,已在室内外空气净化、工业废气废水处理、自清洁建材、医疗卫生和果蔬保鲜等众多领域实现应用。例如:第一,光催化空气净化器已实现工业生产。第二,光催化自清洁涂料已推广应用。第三,工业源废气和废水的光催化深度净化技术应用已完成示范工程。

近年来,中国对环境污染治理越来越重视,特别是在工业废气和工业废水治理方面,制定了各种相关政策,提出了更加严格的排放标准。我们相信,在不久的将来,以光催化技术为基础的环保产业一定会发展成为规模巨大的战略性新兴产业。

主持人“没有全民健康,就没有全面小康。”光催化技术在医院建筑、医疗器械等各个方面的应用研究和技术开发对促进国民健康具有重大意义。请您介绍光催化技术在医疗领域及健康产业中的应用方向和产业化发展路径。

付贤智院士:光催化技术因具有杀灭细菌病毒、杀死癌细胞、分解污染物等功能,在医疗卫生领域及健康产业中有广泛的应用前景,主要可应用于:第一,流行性疫情防控。第二,医院(特别是手术室)的室内空间消毒和医疗器械消毒。与其他常规化学试剂消毒相比,光催化消毒技术安全性好,能持久稳定地发挥作用。第三,光催化癌症治疗技术。光动力学疗法是一种在临床上使用的有效抗肿瘤治疗方法。第四,家庭室内空气和饮用水净化。光催化技术可有效分解去除有害有机污染物,并有效消杀细菌病菌。

要实现光催化技术在医疗卫生领域及健康产业中的广泛应用和大规模产业化,一方面需要政府大力支持,出台激励相关企业转型升级的政策。另一方面要加强产学研深度合作,共同参与“基础研究—应用研究—产品开发—工程化研究”的全链条创新过程,加快成果转化进程,促进光催化战略新兴产业快速发展。

主持人加快我国光催化高技术产业的发展,对解决我国环境污染和能源短缺问题,实现“双碳”目标具有重大和深远的意义。福建是全国首个生态文明试验区,在推进光催化技术产业化进程中应把握哪些重点领域与关键环节?

付贤智院士:围绕生态福建建设和“双碳”目标的实现,根据福建省的实际情况,在推进光催化技术产业化进程中应把握5个重点领域。

1、工业源排放含有机污染物的废水/废气治理。福建省石化、纺织、制鞋等产业发达,石化废水、印染废水等对江河湖海、大气的环境及相关产业工人和市民的身体健康都将产生重要影响,必须优先治理。

2、新型自清洁建筑涂料研发与应用。建筑涂料产业和市场规模巨大,光催化外墙自清洁涂料的应用,不仅能够自清洁建筑表面,还能去除大气中的有机污染物和氮氧化物(NOX),起到如森林般的净化效果。

3、光催化室内用环保装置和医疗卫生用设备开发。光催化室内空气净化器、光催化饮用水净化器、等光催化新产品将进入千家万户、办公楼宇、宾馆和医院,形成规模巨大的新兴产业。

4、太阳能制氢及氢能利用。福州大学在该领域有很好的研究基础,在若干方向处于世界先进水平。

5、光催化还原二氧化碳技术的开发应用。近年来,光催化二氧化碳转化的基础与应用基础研究取得了一些重要的研究成果。

在推进光催化技术产业化进程中应把握3个关键环节:第一,政府加大支持力度。加大光催化基础研究和应用研究的投入,持续加强创新。第二,强化产学研协同创新。建立更加协同高效的创新体系,高校、科研院所和企业要全程共同参与全链条创新。第三,以市场需求为导向,开发新产品,拓展新应用。及时、准确地了解市场需求和发展趋势。


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