【三足鼎立·转化赋能】新材料破局工业治污——记兰州大学化工学院陈凤娟教授

在定南大华新材料资源有限公司的厂区内，一套高盐废水处理中试装置正平稳运行。

这套装置的背后，是兰州大学化学化工学院教授陈凤娟团队一段历时十年、从实验室成功到产业化遇阻再到最终突破的探索历程。

十年攻坚，破解工业高盐废水治理“真难题”

陈凤娟及其团队长期致力于绿色、低成本含盐废水处理技术研究，重点攻关太阳能驱动薄膜蒸发技术。团队于2016年开始做含盐废水处理相关研究工作，2021年依托该技术与某新材料股份有限公司开展合作，启动“太阳能驱动薄膜蒸发技术用于高盐废水处理”中试示范线建设项目，项目原计划执行周期为6个月。

在团队的不懈努力下，实验室阶段各项数据都非常理想。大家信心满满，都认为这个课题能为企业解决大问题，预估8个月后就能实现产业化。

但从实验室研究到产业化应用，这一步的距离远比陈凤娟想象中遥远。

“一进入扩试与中试阶段，所有问题就全来了。”陈凤娟回忆道。材料放大后的成本失控、理想化实验条件与工业现场的脱节、新技术嵌入现有工艺的壁垒，以及严苛的投资成本约束，一道道难关横亘在面前。陈凤娟坦言，“扩试和中试面临的问题比小试阶段要复杂得多。”

陈凤娟带领团队长期驻守生产现场，反复在实验数据和实际工况的匹配度上下功夫，根据现场实验数据不断修正调整配方，开展了一轮又一轮材料试制。为了确保原始监测数据的准确性，她有时候在工厂一待就是半个月。

受多重因素影响，项目执行周期一再延后。2023年9月，合作企业认为中试示范线建设难度过大，提出终止合作。面对甲方的质疑、经费压力以及不理想的试验数据，团队内部也曾对项目可行性产生动摇。

“那段时间确实异常艰难，但我和团队始终没有选择放弃。”陈凤娟表示，“高盐废水治理是我国工业三废处理中的突出难题，若能实现关键技术突破，将对工业绿色低碳发展产生重要推动作用，为了这一目标，我们必须坚持攻克难关。”

尽管此次产业化尝试未能如期达成预期，但团队在现场实践中积累了大量宝贵经验。从材料结构设计、工艺流程优化，到装备系统配套、复杂场景适配，每一次试验与试错，都为后续实现技术迭代突破奠定了坚实基础。

丹霞冶炼厂废水处理项目产业化改造现场调研

这种对工业参数的极致打磨与反复推敲，在2023年秋天迎来了关键转机。团队与中国稀土集团成功达成新的合作，项目得以重新启动。凭借前几年在失败中沉淀的“试错经验”，新技术、新工艺、新材料均被快速验证并优化，研发推进如顺水推舟，效率大幅提升。

时间来到2025年，一条跨越近十年、凝聚无数心血的高盐废水处理示范线，终于在中国稀土集团定南大华顺利建成落地。这一刻，不仅是技术的胜利，更是所有坚持与忍耐的最好回报。

这项技术的落地，带来了颠覆性的成本变革：相比传统工艺每吨上百元的处理费用，新技术将成本压缩至仅需原先的很小一部分，降幅超过九成。极致的节能、环保与高效，让方案迅速赢得行业认可。凭借这一核心突破，“稀土行业高盐废水资源化处理工艺开发”荣获2024年度稀土科学技术奖二等奖。

如今，这项技术已在湿法冶金行业全面开花，广泛落地。同时，团队与金川集团、甘肃润资源环保公司等企业相继达成合作意向，版图持续拓展。未来，这套方案将成为国内解决高盐废水难题的核心技术方案。

打造处理工业废水“中国方案”

如果说与高盐废水的博弈是一场耗时十年的“持久战”，那么与中金岭南有色金属股份有限公司合作的高COD（化学需氧量）废水项目，则是一场蓄势待发的“闪电战”。陈凤娟团队仅用短短一年，便完成了从实验室突破到产业化落地的全流程跨越，创造了环保技术 转化的“加速度”。

这背后，是十年磨一剑的深厚积淀。

正如陈凤娟所言，“这个项目进展得的确很快，但基础是我们在COD降解领域深耕多年形成的理论研究成果，我们一直在等合适的应用场景。”2024年，中金岭南面向全国发布三项科技创新“揭榜挂帅”项目，废水治理正是其中之一。陈凤娟团队成功揭榜，签下了“丹霞冶炼厂废水特征污染物综合治理技术研究”项目，致力于攻克冶炼行业有机废水治理与循环利用难题。

中国稀土集团揭榜挂帅项目签约

有色金属冶炼废水中，那些难以分解的有机物是制约绿色发展的“毒瘤”。陈凤娟团队聚焦反应界面调控这一核心科学问题，成功研发出一种具有亲/疏水界面特性的铁基催化材料。

这项技术的核心，就像给催化剂装上了“智能导航”：疏水区如同“过滤网”，将水中的有机污染物精准“拦截”；亲水区则像“高速传送带”，促使氧化剂迅速抵达战场。

这种微观层面的精准协同，带来了性能质的飞跃。实验数据显示，污染物富集效率提高5.8倍，活性氧利用率提升3.2倍，典型难降解有机物苯系物的降解速度更是提高了17.5倍，去除率突破85%。更关键的是，该材料极其耐用，连续运行30天催化活性仍保持在95%以上。

“实验室解决的是单个的问题，产业化要打通一整条线。”陈凤娟总结道。在实验室里轻而易举地搅拌、pH调控、过滤等操作，一旦放到每天处理数百吨、上千吨的工业现场，都可能成为棘手的难题。

“必须到现场去，不去现场，永远不知道企业真正的需求是什么，不知道我们的材料能如何解决企业面临的问题。”陈凤娟将研发中心前移，将扩试、中试及产业化全过程都放在中金岭南生产现场，把污染物指标细化分档，充分考虑企业工况痛点，量身定制工艺条件。

功夫不负有心人。团队成功在丹霞冶炼厂建成了万吨级水处理装置，日处理规模达1500吨。处理后的水，污染物浓度达到废水循环利用的指标要求。每吨处理成本从两位数降至个位数，废水回用率高达九成以上，每年为企业节省水处理费用超千万元。

目前，这项被誉为工业废水深度处理“中国方案”的技术，已成功推广至多家头部企业。

废水掘金，多领域攻克治污难题

我国贵金属资源储量匮乏，消费量却连续十余年位居全球首位。工业废水中，金、铂、钯等贵金属离子浓度极低，且常伴随数十倍乃至上百倍的杂质离子共存，高效、高纯度分离回收长期以来都是行业公认的技术难题。与此同时，每年超300万吨工业废渣堆积，不仅造成价值超150亿元的战略金属流失，也给生态环境带来沉重压力。

丹霞冶炼厂废水处理项目前期调研，了解现有水处理工艺及存在问题

针对这一痛点，陈凤娟成功研发出木质素基凝胶球新材料。该材料对金具有极强选择性，在复杂杂质体系中对金的识别富集能力超过95%，一举将黄金回收成本降至6.5元/克以下，实现了颠覆性突破。

实验室成果只是起点，真正的考验在工业化应用现场。陈凤娟带领团队主持金川集团“废水中贵金属选择性回收及纯化工艺研究”项目，攻克了工业造粒过程中材料抗压强度不足的关键瓶颈，实现了凝胶球材料连续化、规模化生产。

目前，团队研发的模块化吸附柱反应器，可实现日处理100吨贵金属废水的稳定运行，回收金、铂、钯纯度高达99.99%以上，整体生产成本下降30%以上，产出贵金属品质完全满足高端靶材制备要求。

该技术成功填补了我国低浓度工业废水贵金属高效回收领域的技术空白，项目“贵金属行业废水资源化处理技术”荣获2025年度甘肃省科技进步二等奖。

攻克“废水淘金”难题后，陈凤娟团队又向难度更高的放射性污染治理领域发起攻坚。团队与张浩力教授合作，承担并完成广晟集团“南方离子型稀土矿分离固废去放与资源化利用关键技术研究”项目，通过自主研发工艺，实现铀、钍高效分离，回收率达90%以上，同步达成非稀土资源高值化利用与稀土废渣脱除放射性的双重目标，目前已顺利完成公斤级小试。“这一突破对我国工业废渣资源化治理具有重要意义。”陈凤娟表示。

从贵金属回收到放射性废渣资源化治理，陈凤娟团队的多项产学研成果已在金川公司、中金岭南、北方稀土等行业龙头企业落地应用。她本人也先后受聘为金川公司、中金岭南、包头稀土研究院等多家企业的特聘技术专家。

回望科研之路，从最初仅带领一名本科生在实验室摸索起步，到如今建成一支能啃硬骨头、能打硬仗的创新团队，陈凤娟已在工业治污与资源绿色化利用领域坚守了十五载。十五载春秋，她将论文写在了祖国的大地上，把实验室搬进了工厂车间。而在持续研究、反复试验、推动成果落地的漫漫征途上，她和团队仍将步履不停，向着下一个、再下一个十五年坚定前行。

编辑：王文乐

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