电池修复器

近期，中科院合肥物质研究院智能所吴正岩和张嘉团队与东华大学蔡冬清教授合作，设计出一种可同时去除水土中镉(Cd2+)及向外输出电能的原电池系统，实现了零耗能条件下环境重金属污染的高效、绿色、低成本修复。相关研究成果已被权威期刊Fundamental Research接收发表。环境中Cd2+具备高溶解性及快速迁移特征，易通过食物链进入人体，严重危害生态及人类健康。以电动修复为代表的传统修复技术虽在水、土重金属污染修复方面均有成效，但高能耗、操作不便的特点很大程度制约了其实际应用。因此，迫切需要开发经济、操作简便、环境友好的Cd2+修复技术。课题组利用Cd2+污染介质(Cd2+污染水体或土壤)作为电解质构建了一种可有效去除环境中Cd2+的新型原电池系统。该系统通过电池内部伽凡尼反应(galvanic reactions)还原溶解氧产生OH与受电场驱动的Cd2+结合，实现对水土中Cd2+的高效固化及去除。同时，通过对多个原电池系统的串联构建输出电源，能持续点亮LED灯。该修复技术表现出成本低、绿色节能且易于操作的优良性能，具有较为广阔的市场应用前景。该研究工作得到国家自然科学基金和安徽省科技重大专项的资助与支持。基于Cd2+污染水体(a)及土壤(b)的原电池研制及修复、产电机理

5月13日，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家 建造了可由三磷酸腺苷(ATP)驱动和控制的生物纳米电子混合晶体管 。他们称，新型晶体管是首个整合的生物电子系统，其将为义肢等电子修复设备与人体的融合提供重要途径。相关研究发布在近期出版的《纳米快报》(Nano Letters)上。 　　三磷酸腺苷可作为细胞内能量传递的“分子通货”，储存和传递化学能，为人体新陈代谢提供所需能量；其在核酸合成中亦具有重要作用。 　　该实验室的研究人员亚历山大诺伊表示，离子泵蛋白是新型晶体管装置中最核心的部分。此次开发的晶体管由处于两个电极之间的碳纳米管组成，起半导体的作用。纳米管的末端附有绝缘聚合物涂层，而整个系统则包裹于双层油脂膜之中，与活体细胞膜的原理相似。当科学家将电压加在电极之上时，含有三磷酸腺苷、钾离子和钠离子的溶液便会倾泻而出，覆盖在晶体管装置表面，并引发电极之间电流的流动。使用的三磷酸腺苷越多，产生的电流也越强烈。 　　科学家解释说，之所以会产生如此效果，是由于双层油脂膜内的蛋白质在接触三磷酸腺苷时会表现得如同“离子泵”一般。在每个周期中，蛋白质会往一个方向抽送3个钠离子，并向相反方向抽送2个钾离子，致使1个电荷在“离子泵”的作用下越过双层油脂膜抵达纳米管之中。随着离子的不断累积，其将在纳米管中部的周围产生电场，从而提升纳米晶体管的传导性。 　　耶路撒冷希伯来大学的伊特玛维尔纳表示，这一生物电子系统通过离子运动将纳米层级的机械能转化为了电能，从而为晶体管的运行提供了支持。在这种情况下，晶体管可被用于制造由生物信号驱动和控制的电子设备。例如，这一进展能使电子仪器不需电池或其他外界电力供给便可永存于体内，而义肢等人体修复器械也有望直接与人体 神经系统 “连线”。诺伊希望，这种技术将来能被用于建设无缝生物电子界面之中，以实现生物体和机器的更好沟通。

3月24日，浙江台州市速起蓄电池有限公司厂房外边堆满了废旧垃圾。近日，台州路桥区峰江街道上陶村139名村民出现由蓄电池污染引起的血铅含量超标 生活在垃圾场的儿童把废旧电池当玩具 　　近期，浙江省台州市路桥区峰江街道139名村民被查出血铅严重超标，元凶是建在村里的一家被列为重点监控企业的蓄电池企业。重金属污染再次成为舆论关注的焦点。 　　本月28日，国家环保部等9部委联合召开2011年全国环保转型行动会议，将今年专项行动重点"剑指"重金属污染问题，其中铅蓄电池企业的整治成为今年我国环保行动的首要任务。 　　环保专家根据国土资源部公布的数据估算，全国每年因被重金属污染的粮食高达1200万吨，相当于广东一年的粮食总产量，可以养活常住珠三角的4000万人口。 　　重金属至少污染中国10%耕地 　　环境保护部部长周生贤透露，根据《重金属污染综合防治"十二五"规划》要求，到2015年，重点区域铅、汞、铬、镉和类金属砷等重金属污染物的排放，比2007年削减15%,并要求各地要全面启动重金属污染综合防治"十二五"规划，打好重金属污染综合防治的持久战和攻坚战。 　　重金属污染为何成为"十二五"期间环保治理的头等大事? 　　国土资源部对此曾毫不讳言，全国每年仅因重金属污染而减产粮食1000多万吨，另外被重金属污染的粮食每年也多达1200万吨，合计经济损失至少200亿元，足以每年多养活4000多万人。 　　专家经过对比发现，1200万吨粮食几乎相当于广东省一年的粮食总产量，4000多万人也相当于整个珠三角的常住人口。 　　中国科学院地理科学与资源研究所环境修复研究中心主任陈同斌研究员表示，中国的重金属污染在北方只是零星分布，而在南方则比较密集。他根据调查估算，重金属污染中国耕地10%左右的可能性较大。其中，受镉污染和砷污染的比例最大，约分别占受污染耕地的40%左右。 　　珠三角40%农用地重金属超标 　　国家环保部门组织的《典型区域土壤环境质量状况探查研究》调查显示，珠三角部分城市有近40%的农田菜地土壤重金属污染超标，其中10%属严重超标。 　　珠三角调查区域中重金属超标元素主要为：镉、汞、砷、铜、镍。其中，土壤中汞含量明显增高，增加幅度多在70%-150%.调查中约有50%调查区土壤中铅含量水平明显增高，增高幅度大多在30%左右。 　　2008年发布的《广东省海洋环境质量公报》显示，珠江、深圳河等河流携带入海的重金属和类金属砷超过1.2万吨。 　　中科院华南植物园李志安教授告诉南方日报记者，近年他参与的珠三角污染土壤修复工作，都是灌溉水被周边企业排放影响，导致重金属污染农田为主。"目前的重金属土壤修复技术还很不成熟，最快也要两三年才能修复到可耕种水平，而且修复并不等于把重金属完全消除，只是把它浓度降低。如果不修复，重金属一般可以残留几十年，例如铅可以在农田上残留100年。" 　　中国疾病预防控制中心营养与食品安全所杨文婕研究员指出，类似土壤重金属污染这样的环境污染，影响对象广泛，影响区域广，危害人口多。她举例说，重金属镉中毒可在20-30年后表现出来，有机氯农药虽然已经禁用多年，但目前在一些胎儿、婴幼儿体内还可查出。 　　电池行业成重金属污染祸首 　　重金属污染，使得电池行业成为众矢之的。据工信部的《电池行业重金属污染综合预防方案》显示，电池行业重金属耗用量大，生产、回收、再生等环节重金属污染风险高。含汞扣式电池、含汞锌锰电池、镉镍电池废弃后作为普通垃圾处理，存在重金属污染隐患。 　　电池专家、教育部华师工程研究中心主任李伟善介绍，目前，在人们接触到的电池中，含有有害重金属的主要是汽车用的铅蓄电池和家庭摄像机等数码产品使用的镉镍电池，均已列入危险废物控制名录。"但前者还没有替代品，国内产能仍然很大，后者有锂离子电池可以替代，但因为成本等原因，镉镍电池仍有市场需求。" 　　随着国内汽车市场出现"井喷式"增长，车用电池得到了快速发展，中国电池工业协会统计，我国电池产量占世界一半以上，去年铅酸蓄电池累计完成产量14416.60万千伏安时，同比增长17.3%.镉镍电池约4亿只。 　　中国电池工业协会发布的中国蓄电池行业市场研究分析认为，铅酸蓄电池属于高污染产品，其制粉和加酸两个生产环节对周边环境污染较大，严重时会引起铅中毒或易导致酸雨的形成。 　　李伟善表示，除了做好废弃物处理外，也要从源头上倡导清洁生产和减少污染排放"广东是电池生产大省，尤其需要注意，像最近浙江台州和2009年清远的血铅事件，就是教训。" 　　铅蓄电池回收率不足30% 　　电池行业污染大的另外一个原因是回收率不高。 　　据工信部测算，2009年电池企业排放含重金属废水总量1200多万吨，其中铅蓄电池企业排放废水1000多万吨 产生含重金属固废22余万吨，其中含铅固体废物21余万吨，含镉固体废物约4000吨 废旧铅蓄电池有组织回收率不足30%. 　　中国工程院院士杨裕生指出，现在铅酸电池再生环节常用干法再生技术，其缺点是铅的回收率不高，能耗却不低，应该升级换代。此外，应该坚决取缔手工式的铅酸电池再生"作坊". 　　除铅蓄电池、镉镍电池外，市民常用的干电池同样面临回收难题。据一项抽样调查显示，平均每人一年用掉11节干电池，而目前90%的市民对废旧电池的处理是随意乱丢。对此，李伟善教授表示忧虑，干电池经过整治后，已经基本淘汰有毒的含汞电池，但其余重金属仍然存在，部分还不易降解。如果随意丢弃，在局部累积的量太多，也会造成生物生长紊乱，对环境带来不良影响。 　　"国外有一种较为成熟的做法，是通过放置在便利店的回收箱回收废弃电池，市民就像喝完玻璃瓶装汽水交还瓶子一样，每隔一段时间，生产商或者供货商主动去取回处理。"广东省生态环境与土壤研究所研究员陈能场建议参考这样的做法，从而避免像国内一些设施回收了大量废弃电池，却没有回收企业或者处理厂商连接，结果回收点成了污染点。 　　■各方回应 　　垃圾分类企业： 　　无力回收废旧电池 　　废旧电池回收难道真的无路可走?垃圾分类回收的企业是否能有所作为?南方日报记者探访广州为数不多的垃圾分类企业，听到的是一片无奈之声。 　　杨静山在广州五羊新城经营着一家垃圾回收企业，主要是做垃圾分类然后变成再生资源。 　　杨静山透露，目前公司收集了大量的有毒有害垃圾，只能堆放在公司仓库里，无处处理，其中就包括大量的废旧电池。想交给固废中心去处理，但还得交钱。一套垃圾处理设备，要一万余元，家庭普及的可能性较低。杨静山表示，如果要推广，一个社区的设备初步估算至少要25万元，这笔钱不能光靠企业负担。 　　杨静山向记者坦承，目前行业发展过程中遇到的困难主要是政策问题。 　　似乎，在垃圾分类回收这个环节中，政府是游戏规则的制定者，但政府又参与了利益分配。游戏规则的制定者参与到了游戏中，是否有违经济原则呢?"政府有垃圾分类的想法，喊这个口号，但其实政府没有特意给我们做政策引导，也没有制定具体可行的方案让企业可以有路可走，我认为在这个问题上，政府的引导并没有到位。" 　　对于垃圾分类回收企业面临的问题，可持续发展社区协会低碳城市项目经理潘涛认为，在垃圾分类回收上，政府应该引导而不是主导，要靠市场化来推动，政府应该配置的是市场化的要素。 　　广东省环保厅： 　　彻底排查铅蓄电池企业 　　广东省环保厅近日表示，将把针对铅蓄电池重点企业的整治作为今年环保专项行动的第一要务，对全行业进行彻底排查，并在7月30日前在媒体上公布辖区内铅蓄电池企业情况。 　　对未经环境影响评价或达不到环境影响评价要求的，一律停止建设 对环境保护、劳动保护"三同时"执行不到位的，一律停止生产 对无污染治理设施、污染治理设施不正常运行或超标排放的，一律停产整治 对无危险废物处理资质从事废铅蓄电池回收的，一律停止非法经营活动 对不能依法达到卫生防护距离要求的，一律停产整治 对发生重大铅污染事件的，一律追究责任。 　　根据《广东省重金属污染防治规划》拟定的目标，到2015年，广东省重点防控区主要重金属污染物排放量比2007年降低15%,非重点防控区主要重金属污染物新增量实现零增长，重点防控区环境质量有所好转，重金属污染得到有效控制。