梯队成员：张梅, 郭敏,李文超

梯队简介:

我国经济快速增长，各项建设取得巨大成就，但也付出了巨大的资源和环境代价，经济发展与资源环境的矛盾日趋尖锐，群众对环境污染问题反应强烈。同时，温室气体排放引起全球气候变暖，备受国际社会广泛关注。进一步加强节能减排工作，也是应对全球气候变化的迫切需要。因此中国“十一五”规划纲要提出，“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低20％左右、主要污染物排放总量减少10％。

资源与环境物理化学梯队研究宗旨是减排和环境保护，主要的研究领域为固废资源利用和新型环境保护材料的研制，分为三个组成部分，即：（1）冶金尘泥等固体废弃物综合利用，包括冶金污泥回收、有价金属元素的分离和提取、冶金污泥再利用等；（2）固体废弃物综合利用,包括煤矸石、废旧耐火材料等固体废弃物综合利用，即有价金属元素的分离和提取、新材料设计、工艺优化、新材料的合成等；（3）新型环境材料的研究，包括新型太阳能光电材料、无铅压电陶瓷、污水处理用材料、废气催化、净化用材料的研制、性能与结构研究等。

该梯队两名主要成员均为“新世纪优秀人才”称号获得者。目前，作为课题负责人负责国家自然科学基金3项，“973计划”子课题1项，国家科技支撑计划3项，新世纪优秀人才支持计划2项及横向合作课题。总课题经费达到600余万元。获得教育部、北京市、冶金部等省部级二等奖5项。已经发表文章100余篇，其中SCI收录60余篇，合作编著《冶金与材料物理化学研究》一部，申报专利11项，获得授权7项。

代表性研究内容与成果:

1)冶金尘泥等固体废弃物综合利用

钢铁行业是重要的国民经济支柱产业，在国民经济中占有重要的经济地位。同时，钢铁行业也是能耗和污染较严重的行业。钢铁冶金过程产生大量的固体废弃物，主要包括：烧结除尘灰、高炉瓦斯灰（泥）、转炉污泥与粉尘、电炉粉尘、轧钢污泥以及各高温作业工序产生的用后耐火材料等。钢铁企业的粉尘产生量一般为钢产量的10%左右，以年产5亿吨钢计算，我国钢铁行业每年的粉尘量达5000万吨左右。本课题组从含铅锌粉尘中提取金属锌、含钛高炉渣中提取钛、含铬尘泥还原后直接用于冶炼不锈钢等

图1 从含钛高炉渣中富集钛

图2 从高锌粉尘中提取锌及形貌

2)固体废弃物综合利用

工业生产过程中产生大量固体废弃物，如煤炭生产过程中，产生大量煤矸石废弃物，我国存积的煤矸石超过30亿吨，占地约1.3万公顷。在钢铁生产过程中每年产生用后的废旧耐火材料达到400 万吨，占耐火材料总消耗量的45%。这些固体废弃物利用率很低，有的甚至没有利用。本课题组以煤矸石、废旧耐火材料为原料，合成新一代氮氧化物耐火材料，提高了材料的附加值，该项目已经有科技部立项，在山西建立示范基地。

图3 中试获得的Sialon材料

图4 合成的多孔堇青石材料

3) 新型环境材料的研究

如今，环境保护成了人类的第一大问题，开发新型环境材料是解决环境问题的最直接的方法。本课题组已经成功开发出一系列纳米阵列太阳能光电转化材料、无铅压电陶瓷、污水处理用材料、废气催化、净化用材料等。

图5 ZnO 纳米棒阵列的水热法可控制备

图6 ZnO 纳米棒阵列的光电转化性能测试

图7 TiO2纳米棒阵列形貌及其对焦化废水的降解

图8 合成的KxNa(1-x)NbO3粉体及Ta掺杂KxNa(1-x)NbO3陶瓷性能

图9 纳米NiO掺杂CeO2材料及其储放氧性能