纺织工业是我国国民经济的传统支柱产业，也是典型的高能耗、高水耗、高污染行业，是我国第三大工业废水来源。如何提高纺织业水资源利用效率，是当前重要的研究课题。
5月10日，红星新闻记者从国家超算成都中心获悉，为加速新一代纺织工业废水治理技术的研发，优化处理工艺单元的设计，厘清技术的工作原理，实现废水资源的高效利用，国家超算成都中心（下称“成都超算中心”）与成都计算狗联合上海东华大学开展了“电活性膜”项目的计算工作，通过算力赋能，助力环保行业实现低能耗、低污染、高效益的升级转化。
▲成都超算中心资料图
借助“电活性膜”技术
实现有毒污染物“降毒、去除和资源回收”
纺织印染废水处理过程中往往面临特征污染物锑和苯胺等去除难题，鉴于其低浓度和高毒性等污染特征，目前尚无成熟可靠的治理技术。
基于纺织工业减污降碳协同增效的重大需求，东华大学刘艳彪教授团队一直致力于研发面向纺织废水深度处理和资源回收的新一代电活性分离膜技术。通过耦合电化学和膜分离的技术优势，构筑了电场辅助的新型多功能碳纳米管（CNT）膜分离净水体系。从微观层面上揭示污染物的去除行为和机制，阐明电化学和膜分离的协同增效原理，宏观层面上研发新型电过滤系统，突破纺织工业废水深度处理过程中面临的瓶颈问题。
什么是“电活性膜”？记者了解到，电化学技术具有化学转化、氯碱消毒和储能方面的应用潜力，膜分离则具有分离和纯化方面的应用潜力。“电活性膜”将两种技术巧妙地结合成电活性分离膜，在环境和能源问题日益紧张的今天，有望解决传统生物和化学法难以解决的水质净化难题。
针对传统电化学水处理技术存在传质慢、能耗高和电极污染等共性难题，刘艳彪教授团队将电场作用与膜分离技术有机结合，研发了电场辅助的新型多功能CNT膜分离水处理新原理与新工艺。通过优化改性CNT膜的制备策略，揭示了电生活性物种的调控规律，阐明了电化学与膜分离协同强化污染物去除的机理，借助微尺度对流作用改善微界面传质效能，利用电场诱导的阳极氧化或静电排斥等作用缓解膜污染，实现了处理能耗降低20%以上和传质系数提高6倍以上，为电活性膜技术的工程化应用提供了理论依据。
算力赋能
在科研路上少走“冤枉路”
刘艳彪教授表示，尽管团队在实验研究方面具有丰富的研发经验和基础，在“肉眼可见”的范围内实现了污染物的去除和（锑和磷等）资源的回收，但对于内在的反应机制却知之甚少，对于研究课题的设计也往往通过“试错”的方式展开，不可避免地走了很多“冤枉路”。
“我们对于污染物分子在电活性膜表界面的结合位点、活性氧物种与污染物官能团间的相互作用以及电子转移路径等也非常感兴趣。然而，上述过程涉及大量分子、原子或电子间的互作机制，难以通过传统的实验技术来表征。”刘艳彪教授谈到，借助成都超算中心提供的优质算力资源，能够准确模拟出微观尺度下的反应过程，帮助研究人员更深入地理解微尺度下的表界面行为和微观反应机理，为设计更高效的电极材料和电催化体系提供了重要指导。
此外，刘艳彪教授还表示，高性能计算大大提升了团队的科研效率。在电活性膜材料的初始设计阶段，通过借助高性能计算对不同纳米复合膜材料的催化活性进行对比和筛选，可有效缩短材料的研发周期，帮助团队开展有针对性的科研工作，这些都是传统的研究思路无法企及的。
下一阶段，团队还将充分借助算力资源来指导后期的课题设计，促进印染加工产业链与自然循环相融合，实现“生态印染”。
红星新闻记者彭祥萍
编辑李钰仪
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