實驗室到生產(chǎn)線

十年堅守攻克行業(yè)頑疾

用一項項硬核技術(shù)

讓廢水變“黃金”

陳鳳娟團隊

建成了萬噸級水處理裝置

每年為企業(yè)節(jié)省水處理費用超千萬元

成功研發(fā)新材料

在復(fù)雜雜質(zhì)體系中

對金的識別富集能力超過95%

我們一起走進

蘭州大學(xué)陳鳳娟教授團隊

跨越近十年的科研答卷

在定南大華新材料資源有限公司的廠區(qū)內(nèi)，一套高鹽廢水處理中試裝置正平穩(wěn)運行。

這套裝置的背后，是蘭州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授陳鳳娟團隊一段歷時十年、從實驗室成功到產(chǎn)業(yè)化遇阻再到最終突破的探索歷程。

01

十年攻堅，破解工業(yè)高鹽廢水治理“真難題”

陳鳳娟及其團隊長期致力于綠色、低成本含鹽廢水處理技術(shù)研究，重點攻關(guān)太陽能驅(qū)動薄膜蒸發(fā)技術(shù)。團隊于2016年開始做含鹽廢水處理相關(guān)研究工作，2021年依托該技術(shù)與某新材料股份有限公司開展合作，啟動“太陽能驅(qū)動薄膜蒸發(fā)技術(shù)用于高鹽廢水處理”中試示范線建設(shè)項目，項目原計劃執(zhí)行周期為6個月。

在團隊的不懈努力下，實驗室階段各項數(shù)據(jù)都非常理想。大家信心滿滿，都認為這個課題能為企業(yè)解決大問題，預(yù)估8個月后就能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

但從實驗室研究到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，這一步的距離遠比陳鳳娟想象中遙遠。

“一進入擴試與中試階段，所有問題就全來了。”陳鳳娟回憶道。材料放大后的成本失控、理想化實驗條件與工業(yè)現(xiàn)場的脫節(jié)、新技術(shù)嵌入現(xiàn)有工藝的壁壘，以及嚴苛的投資成本約束，一道道難關(guān)橫亙在面前。陳鳳娟坦言，“擴試和中試面臨的問題比小試階段要復(fù)雜得多?！?/p>

陳鳳娟帶領(lǐng)團隊長期駐守生產(chǎn)現(xiàn)場，反復(fù)在實驗數(shù)據(jù)和實際工況的匹配度上下功夫，根據(jù)現(xiàn)場實驗數(shù)據(jù)不斷修正調(diào)整配方，開展了一輪又一輪材料試制。為了確保原始監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性，她有時候在工廠一待就是半個月。

受多重因素影響，項目執(zhí)行周期一再延后。2023年9月，合作企業(yè)認為中試示范線建設(shè)難度過大，提出終止合作。面對甲方的質(zhì)疑、經(jīng)費壓力以及不理想的試驗數(shù)據(jù)，團隊內(nèi)部也曾對項目可行性產(chǎn)生動搖。

“那段時間確實異常艱難，但我和團隊始終沒有選擇放棄?！标慀P娟表示，“高鹽廢水治理是我國工業(yè)三廢處理中的突出難題，若能實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破，將對工業(yè)綠色低碳發(fā)展產(chǎn)生重要推動作用，為了這一目標，我們必須堅持攻克難關(guān)?！?/p>

盡管此次產(chǎn)業(yè)化嘗試未能如期達成預(yù)期，但團隊在現(xiàn)場實踐中積累了大量寶貴經(jīng)驗。從材料結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝流程優(yōu)化，到裝備系統(tǒng)配套、復(fù)雜場景適配，每一次試驗與試錯，都為后續(xù)實現(xiàn)技術(shù)迭代突破奠定了堅實基礎(chǔ)。

丹霞冶煉廠廢水處理項目產(chǎn)業(yè)化改造現(xiàn)場調(diào)研

這種對工業(yè)參數(shù)的極致打磨與反復(fù)推敲，在2023年秋天迎來了關(guān)鍵轉(zhuǎn)機。團隊與中國稀土集團成功達成新的合作，項目得以重新啟動。憑借前幾年在失敗中沉淀的“試錯經(jīng)驗”，新技術(shù)、新工藝、新材料均被快速驗證并優(yōu)化，研發(fā)推進如順水推舟，效率大幅提升。

時間來到2025年，一條跨越近十年、凝聚無數(shù)心血的高鹽廢水處理示范線，終于在中國稀土集團定南大華順利建成落地。這一刻，不僅是技術(shù)的勝利，更是所有堅持與忍耐的最好回報。

這項技術(shù)的落地，帶來了顛覆性的成本變革：相比傳統(tǒng)工藝每噸上百元的處理費用，新技術(shù)將成本壓縮至僅需原先的很小一部分，降幅超過九成。極致的節(jié)能、環(huán)保與高效，讓方案迅速贏得行業(yè)認可。憑借這一核心突破，“稀土行業(yè)高鹽廢水資源化處理工藝開發(fā)”榮獲2024年度稀土科學(xué)技術(shù)獎二等獎。

如今，這項技術(shù)已在濕法冶金行業(yè)全面開花，廣泛落地。同時，團隊與金川集團、甘肅潤資源環(huán)保公司等企業(yè)相繼達成合作意向，版圖持續(xù)拓展。未來，這套方案將成為國內(nèi)解決高鹽廢水難題的核心技術(shù)方案。

02

打造處理工業(yè)廢水“中國方案”

如果說與高鹽廢水的博弈是一場耗時十年的“持久戰(zhàn)”，那么與中金嶺南有色金屬股份有限公司合作的高COD（化學(xué)需氧量）廢水項目，則是一場蓄勢待發(fā)的“閃電戰(zhàn)”。陳鳳娟團隊僅用短短一年，便完成了從實驗室突破到產(chǎn)業(yè)化落地的全流程跨越，創(chuàng)造了環(huán)保技術(shù) 轉(zhuǎn)化的“加速度”。

這背后，是十年磨一劍的深厚積淀。

正如陳鳳娟所言，“這個項目進展得的確很快，但基礎(chǔ)是我們在COD降解領(lǐng)域深耕多年形成的理論研究成果，我們一直在等合適的應(yīng)用場景?！?024年，中金嶺南面向全國發(fā)布三項科技創(chuàng)新“揭榜掛帥”項目，廢水治理正是其中之一。陳鳳娟團隊成功揭榜，簽下了“丹霞冶煉廠廢水特征污染物綜合治理技術(shù)研究”項目，致力于攻克冶煉行業(yè)有機廢水治理與循環(huán)利用難題。

中國稀土集團揭榜掛帥項目簽約

有色金屬冶煉廢水中，那些難以分解的有機物是制約綠色發(fā)展的“毒瘤”。陳鳳娟團隊聚焦反應(yīng)界面調(diào)控這一核心科學(xué)問題，成功研發(fā)出一種具有親/疏水界面特性的鐵基催化材料。

這項技術(shù)的核心，就像給催化劑裝上了“智能導(dǎo)航”：疏水區(qū)如同“過濾網(wǎng)”，將水中的有機污染物精準“攔截”；親水區(qū)則像“高速傳送帶”，促使氧化劑迅速抵達戰(zhàn)場。

這種微觀層面的精準協(xié)同，帶來了性能質(zhì)的飛躍。實驗數(shù)據(jù)顯示，污染物富集效率提高5.8倍，活性氧利用率提升3.2倍，典型難降解有機物苯系物的降解速度更是提高了17.5倍，去除率突破85%。更關(guān)鍵的是，該材料極其耐用，連續(xù)運行30天催化活性仍保持在95%以上。

“實驗室解決的是單個的問題，產(chǎn)業(yè)化要打通一整條線。”陳鳳娟總結(jié)道。在實驗室里輕而易舉地攪拌、pH調(diào)控、過濾等操作，一旦放到每天處理數(shù)百噸、上千噸的工業(yè)現(xiàn)場，都可能成為棘手的難題。

“必須到現(xiàn)場去，不去現(xiàn)場，永遠不知道企業(yè)真正的需求是什么，不知道我們的材料能如何解決企業(yè)面臨的問題?！标慀P娟將研發(fā)中心前移，將擴試、中試及產(chǎn)業(yè)化全過程都放在中金嶺南生產(chǎn)現(xiàn)場，把污染物指標細化分檔，充分考慮企業(yè)工況痛點，量身定制工藝條件。

功夫不負有心人。團隊成功在丹霞冶煉廠建成了萬噸級水處理裝置，日處理規(guī)模達1500噸。處理后的水，污染物濃度達到廢水循環(huán)利用的指標要求。每噸處理成本從兩位數(shù)降至個位數(shù)，廢水回用率高達九成以上，每年為企業(yè)節(jié)省水處理費用超千萬元。

目前，這項被譽為工業(yè)廢水深度處理“中國方案”的技術(shù)，已成功推廣至多家頭部企業(yè)。

03

廢水掘金，多領(lǐng)域攻克治污難題

我國貴金屬資源儲量匱乏，消費量卻連續(xù)十余年位居全球首位。工業(yè)廢水中，金、鉑、鈀等貴金屬離子濃度極低，且常伴隨數(shù)十倍乃至上百倍的雜質(zhì)離子共存，高效、高純度分離回收長期以來都是行業(yè)公認的技術(shù)難題。與此同時，每年超300萬噸工業(yè)廢渣堆積，不僅造成價值超150億元的戰(zhàn)略金屬流失，也給生態(tài)環(huán)境帶來沉重壓力。

丹霞冶煉廠廢水處理項目前期調(diào)研

針對這一痛點，陳鳳娟成功研發(fā)出木質(zhì)素基凝膠球新材料。該材料對金具有極強選擇性，在復(fù)雜雜質(zhì)體系中對金的識別富集能力超過95%，一舉將黃金回收成本降至6.5元/克以下，實現(xiàn)了顛覆性突破。

實驗室成果只是起點，真正的考驗在工業(yè)化應(yīng)用現(xiàn)場。陳鳳娟帶領(lǐng)團隊主持金川集團“廢水中貴金屬選擇性回收及純化工藝研究”項目，攻克了工業(yè)造粒過程中材料抗壓強度不足的關(guān)鍵瓶頸，實現(xiàn)了凝膠球材料連續(xù)化、規(guī)?；a(chǎn)。

目前，團隊研發(fā)的模塊化吸附柱反應(yīng)器，可實現(xiàn)日處理100噸貴金屬廢水的穩(wěn)定運行，回收金、鉑、鈀純度高達99.99%以上，整體生產(chǎn)成本下降30%以上，產(chǎn)出貴金屬品質(zhì)完全滿足高端靶材制備要求。

該技術(shù)成功填補了我國低濃度工業(yè)廢水貴金屬高效回收領(lǐng)域的技術(shù)空白，項目“貴金屬行業(yè)廢水資源化處理技術(shù)”榮獲2025年度甘肅省科技進步二等獎。

攻克“廢水淘金”難題后，陳鳳娟團隊又向難度更高的放射性污染治理領(lǐng)域發(fā)起攻堅。團隊與張浩力教授合作，承擔并完成廣晟集團“南方離子型稀土礦分離固廢去放與資源化利用關(guān)鍵技術(shù)研究”項目，通過自主研發(fā)工藝，實現(xiàn)鈾、釷高效分離，回收率達90%以上，同步達成非稀土資源高值化利用與稀土廢渣脫除放射性的雙重目標，目前已順利完成公斤級小試。“這一突破對我國工業(yè)廢渣資源化治理具有重要意義。”陳鳳娟表示。

從貴金屬回收到放射性廢渣資源化治理，陳鳳娟團隊的多項產(chǎn)學(xué)研成果已在金川公司、中金嶺南、北方稀土等行業(yè)龍頭企業(yè)落地應(yīng)用。她本人也先后受聘為金川公司、中金嶺南、包頭稀土研究院等多家企業(yè)的特聘技術(shù)專家。

回望科研之路，從最初僅帶領(lǐng)一名本科生在實驗室摸索起步，到如今建成一支能啃硬骨頭、能打硬仗的創(chuàng)新團隊，陳鳳娟已在工業(yè)治污與資源綠色化利用領(lǐng)域堅守了十五載。十五載春秋，她將論文寫在了祖國的大地上，把實驗室搬進了工廠車間。而在持續(xù)研究、反復(fù)試驗、推動成果落地的漫漫征途上，她和團隊仍將步履不停，向著下一個、再下一個十五年堅定前行。

來源：蘭州大學(xué)