焦耳热驱动废弃物资源化与污水净化研究取得系列进展

焦耳热通过电能直接产生热量，可在短时间内驱动含碳原料转化，为固体废物资源化和环境净化提供技术途径。面向混合废纺织物回收困难与水净化效率提升的需求，中国科学院南京土壤研究所研究员王玉军团队联合相关单位，围绕焦耳热快速转化及其环境应用开展研究，在废纺织物协同资源化与高效膜分离净水方面取得以下两项进展。

（1）两步焦耳热制备纳米洋葱状富勒烯，实现废弃衣物资源化利用。针对涤-棉混纺衣物组分性质差异大难以回收利用、热转化过程中碳排放大的问题，团队联合香港理工大学等单位，提出两步闪速焦耳热策略制备洋葱状富勒烯。通过280 ℃低温预处理使熔融涤纶与棉纤维充分接触，利用两者之间的“支架效应”促进中间体协同转化。预处理后的原料在快速焦耳热阶段5秒内即可转化为高品质的纳米洋葱状富勒烯，转化无需添加溶剂或催化剂，碳固定率超过40%，大大降低了碳排放。通过谱学、显微成像、产物分析和分子动力学模拟揭示了富勒烯成核的界面过程，证明来源于棉的中间体促进成核，来源于涤的中间体参与六元环扩展。该类富勒烯产物在储能电极和水基润滑体系获得了很好的效果。生命周期评价表明，该路线在多数环境影响指标上具有优势，为混合废纺织物整体资源化提供了新的思路。

（2）焦耳热调控石墨烯膜内水传输通道，提高水净化效率。针对传统石墨烯膜水传输路径曲折、透水性与污染物截留能力难以兼顾的问题，团队联合复旦大学、上海大学、福州大学、中国环境科学研究院等单位，利用闪速焦耳热技术构筑功能化石墨烯膜。通过连通片内孔道与层间通道，缩短水分子传输路径，在保持较高水渗透性能的同时，对所测试的多种重金属离子、有机分子及纳米塑料实现超过99.9%的截留。研究还开展了静水压力驱动条件下的过滤验证，并探索自动化制备，为高效、便携式水净化技术发展提供了新的途径。

上述两项成果分别发表在ACS Nano和The Innovation Materials上。杨强、贾超等为第一作者，王玉军、朱向东等为通讯作者。系列研究得到国家自然科学基金等项目资助。

论文链接：1，2

混合废旧纺织物协同资源化利用示意图

功能化石墨烯膜结构与水净化应用示意图