吳苡婷

大飛機(jī)制造需要大量的鋁合金材料，這些材料與我們?nèi)粘＝佑|的鋁合金有很大差別。飛機(jī)需要在藍(lán)天上長(zhǎng)時(shí)間飛行，所以對(duì)材料性能要求更高，要耐磨更要耐腐蝕。因此，在飛機(jī)用鋁合金材料中，要加入各種金屬元素，促其“強(qiáng)身健體”。

但是，這樣的制造過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，而處理這些廢水需要投入大量的人力物力。上海理工大學(xué)陳維芳副教授團(tuán)隊(duì)結(jié)合自身專業(yè)，幫助飛機(jī)材料供應(yīng)商化解難題，還變廢為寶，大大減少了企業(yè)的原材料成本。陳維芳是如何破解難題的？帶著這個(gè)問(wèn)題，《大飛機(jī)》雜志特約記者對(duì)上海理工大學(xué)副教授陳維芳進(jìn)行了專訪。

活性炭改性技術(shù)

“2020年，上海理工大學(xué)和中國(guó)商飛簽署了戰(zhàn)略合作框架協(xié)議。在會(huì)議上，中國(guó)商飛提出了一些亟待解決的技術(shù)難題，我們各個(gè)學(xué)院的老師根據(jù)自己的技術(shù)能力，來(lái)決定是否可以為相關(guān)項(xiàng)目提供解決方案！”爽朗的陳維芳告訴記者，當(dāng)時(shí)參會(huì)的時(shí)候，學(xué)校化學(xué)領(lǐng)域、光電領(lǐng)域的大牌教授都參加了，自己只是去看看，沒(méi)有想到這個(gè)難題正好和自己的技術(shù)能力相契合。

在鋁合金生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的大量廢水中，鉻的濃度是普通廢水的幾千倍，屬于工業(yè)上的高危廢水，有很強(qiáng)的致癌性，過(guò)去企業(yè)會(huì)請(qǐng)來(lái)專業(yè)公司進(jìn)行處理，每年需要耗費(fèi)大量的資金。這對(duì)于飛機(jī)制造商及其材料供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，是一筆不小的開(kāi)支。

陳維芳告訴記者，處理這個(gè)問(wèn)題，最大的難題在于每天高危廢水產(chǎn)生的量是不固定的。這對(duì)于研究者來(lái)說(shuō)，是很頭痛的問(wèn)題，針對(duì)定量的排放可以更加方便地給出應(yīng)對(duì)策略。

在不少專家一籌莫展的時(shí)候，陳維芳果斷地接下了這個(gè)任務(wù)。

48歲的陳維芳在污水處理領(lǐng)域是一位技術(shù)能力出眾的專家，她的本科和碩士階段的學(xué)習(xí)生涯都在清華大學(xué)環(huán)境工程系度過(guò)，在清華大學(xué)留校任教兩年后又奔赴美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)土木與環(huán)境工程系攻讀博士學(xué)位，在那里完成博士后工作后，她加入美國(guó)Norit公司擔(dān)任研發(fā)工程師，主要工作是開(kāi)發(fā)活性炭以去除發(fā)電廠尾氣中的汞。

陳維芳敏銳地意識(shí)到，自己掌握的活性炭改性技術(shù)可以解決難題。

活性炭技術(shù)是環(huán)境治理中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它的神奇之處在于不管廢水中存在何種金屬，科學(xué)家都可以通過(guò)活性炭改性，促其快速吸附到被處理過(guò)活性炭上，從而可以大大降低水中的金屬含量。醫(yī)學(xué)上還出現(xiàn)了可服用的活性炭，有快速去毒的作用。

變廢為寶降成本

陳維芳團(tuán)隊(duì)結(jié)合活性炭改性技術(shù)，專門(mén)為中國(guó)商飛設(shè)計(jì)了一套萃取加還原和沉淀的技術(shù)方案。

“這種方法特別簡(jiǎn)單有效！只要在廢水池里放上簡(jiǎn)單的裝置，里面的‘鉻離子就會(huì)源源不斷‘聚攏過(guò)來(lái)，水中的鉻濃度就會(huì)慢慢下降，最后達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。”陳維芳說(shuō)。

光解決水中的問(wèn)題還不夠，陳維芳考慮得更遠(yuǎn)。鉻金屬的價(jià)格并不便宜，這么多的鉻離子遺落在水中，如果可以將其回收再利用，就可以大大節(jié)約采購(gòu)原材料的成本。

最前沿的活性炭吸附技術(shù)讓這一設(shè)想有了可能?！斑@些鉻離子被吸附到活性炭上后，可以很容易地和活性炭加以分離，通過(guò)簡(jiǎn)單的回收過(guò)程，大量的金屬鉻就可以被送到生產(chǎn)第一線，再一次被應(yīng)用到飛機(jī)用鋁合金的生產(chǎn)中去?！标惥S芳介紹說(shuō)。

在研發(fā)過(guò)程中，最讓陳維芳頭痛的是濃度測(cè)試方法，實(shí)驗(yàn)室里高精尖的儀器可以容易地在廢水中檢測(cè)到最微量的金屬元素，但在實(shí)踐中，傳統(tǒng)的最基礎(chǔ)的檢驗(yàn)方法更有效。“這也教育我們，不是每個(gè)廢水處理的濃度監(jiān)測(cè)都需要先進(jìn)儀器幫忙，解決實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中的問(wèn)題，有時(shí)候還要求助于傳統(tǒng)方法?！标惥S芳說(shuō)。

除了解決廢水排放，陳維芳團(tuán)隊(duì)還解決了中國(guó)商飛廢氣排放的難題。在中國(guó)商飛上千平方米的噴漆車間里，每天會(huì)產(chǎn)生大量揮發(fā)性有機(jī)物，會(huì)對(duì)企業(yè)員工的身體造成危害，必須第一時(shí)間將它們處理掉。中國(guó)商飛曾經(jīng)邀請(qǐng)一些專業(yè)公司使用活性炭進(jìn)行處理，遺憾的是雖然濃度達(dá)標(biāo)，但是排放速度始終不達(dá)標(biāo)。上海理工大學(xué)環(huán)境學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有儀器可以測(cè)量這樣的排放速度，陳維芳團(tuán)隊(duì)專門(mén)建立了相關(guān)模型進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，最終通過(guò)吸附劑改性的方法，大大提升了吸附速度，又一次成功破解難題。

“被強(qiáng)烈需要的感覺(jué)”

這次成功破解難題的經(jīng)歷也給了陳維芳自信。在回國(guó)之初，她一直把科研精力放在了基礎(chǔ)研究方面，承擔(dān)了大量國(guó)家縱向課題?！半m然在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域有了很多突破，但是我們從未意識(shí)到這些成果可以被應(yīng)用，而現(xiàn)在我們有了被強(qiáng)烈需要的感覺(jué)！”談起這次經(jīng)歷，陳維芳有些激動(dòng)。

現(xiàn)在陳維芳的科研團(tuán)隊(duì)也開(kāi)始根據(jù)國(guó)家和社會(huì)的戰(zhàn)略需求，開(kāi)始調(diào)整自己的研究方向，陳維芳的眼光還投向了河道底泥的處理，以及廢棄的印刷電路板材料的資源化應(yīng)用等方面。團(tuán)隊(duì)成員呂娟博士畢業(yè)于同濟(jì)大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)，正在聚焦芯片生產(chǎn)全流程的清潔安全，全力攻克微電子行業(yè)的污水排放問(wèn)題。許智華博士也在水污染控制技術(shù)和固體廢物處理處置與資源化利用的研究領(lǐng)域發(fā)力。

陳維芳告訴記者，中國(guó)商飛的難題解決只是一個(gè)起點(diǎn)，未來(lái)她的科研團(tuán)隊(duì)將努力把實(shí)驗(yàn)室的科研成果應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中去，不僅為中國(guó)商飛，也為更多領(lǐng)域的各大企業(yè)解決廢水廢氣處理的難題。