环保科技 治疗地球

来自环境工程系的梁惠伦(左二)和林秉烽(右一)的研究项目分别夺得金牌和铜牌。左一为苏玛蒂博士,右二为副院长黄春安博士。

科技发展为人类创造现代生活方式,也加速了资源、能源的消耗,并对地球的生态平衡造成破坏,使人类开始体会到福祉应同时兼顾发展和环保的平衡,唯有确保环境生态资源的永续稳定,才能达到社会的永续发展。

“2015年新研究与创新大赛”的优胜者是一群能够治疗地球的医生。他们利用环保科技,规划设计各种工程方案,整治各类环境污染物,或是防范污染的发生,以还地球一个健康的“身体”。

早前于马来西亚理科大学(USM)举办的“2015年新研究与创新大赛”吸引了146组来自全马14所大专院校和泰国2所大学的应届生参加,研究项目范围涵盖工程学至应用科学。

4组来自拉曼大学(UTAR)工程与绿色科技学院应届生的研究项目皆榜上有名,成功获得2面金牌和2面铜牌。其中2组学生主修石油化学工程系,而另2组学生则主修环境工程系。

获得金牌的研究项目是棕榈油泥生物炭和含油废水过滤膜;而获得铜牌的研究项目则是改性蛋壳生物填料和微生物燃料电池技术。

●环境工程系金牌得主——梁惠伦

研究项目:使用高温分解的棕榈油泥生物炭吸附重金属

解决土壤和水源污染

梁惠伦表示,我国是全球第二大的棕榈油生产国,每年从中生产的废料数量庞大,其中一种废料是棕榈油泥,如果处置不当将会造成污染;此外,从受重金属污染的工业废水所过滤出来的饮用水也是一个令人担忧的问题。

他的研究项目主要是把工业废料转化成高附加值产品,同时也能解决水源污染的问题。“我在研究的过程中使用了由棕榈油泥碳化而成的生物炭,并测试其从污水中去除重金属的能力。目前,这个产品既不能在市场上买到,也没有记载在任何研究文献里。”

“最重要的是,与同类型的产品相比,它表现出更好的去除重金属含量的效果,不仅生物炭比粉状活性炭的价钱便宜许多,而且生产消耗能量低。”

该项研究项目体现了很强的环保意识,因为这个产品有助于减少资源的浪费及废料再循环使用。这不仅减低土壤和水源的污染,也有助于创造一个可持续发展的环境。

价钱及生产消耗能量低

“2015年新研究与创新大赛”是梁惠伦在大学生涯的首个比赛,第一次参赛就获得金牌,令他感到兴奋且难以置信。

“今年的比赛约有逾百个研究项目参赛,起初我是抱着接受挑战的心态参加,没想过可以得奖,只想要从中汲取经验,结果却出乎意料之外!这个研究项目的概念是源自我的毕业研究项目导师兼环境工程系主任苏玛蒂博士,她在整个过程中给予我很大的鼓励和协助。”

为了测试高温分解的棕榈油泥生物炭从污水中去除重金属的能力,他进行了一系列的实验。从中发现,该生物炭吸附重金属的有效性需视有关生物炭的制备条件而定,如热解温度、加热速度和保温时间。此外,该生物炭的最佳工艺参数已进行测定。

由于他的研究项目是以实验为基础,所以面对失败和挫折是习以为常的事。唯一的解决方式是找出主要问题所在,再从中拟出各种解决方案。除了咨询导师和前辈们的意见外,在约5个月的时间里,他也不断地重复进行实验,以获得理想的结果。

 “尽管过程中面对了很多次的失败,但我始终保持乐观的精神,相信永不放弃是迈向成功的唯一途径。我计划持续有关研究项目,接下来的目标是透过使用棕榈油污泥生物炭,优化去除重金属的吸附过程参数。”

来自石化工程系的两支队伍分别夺得金奖和金牌和铜牌。左起为玛塔拉甘、林晋亿、曾振成、郑宇慧、梁永和及石油化学工程系主任雅姆娜副教授。

●石化工程系金牌得主——郑宇慧和梁永和

研究项目:开发聚偏氟乙烯(PVDF)/ 氧化石墨烯(GO)纳米复合材料膜,以供过滤处理含油废水

石油化学领域一大步

郑宇慧和梁永和因成功研发含油废水过滤膜而夺得金奖,令他们欣喜若狂。

“我们成功研发了一个能够在含油废水的过滤过程中,让水通量和截留率增加的膜。这项研究将让石油和石油化学领域迈进一大步,因为这些领域在提炼的过程中涉及生产大量在排放前必须先过滤去除的含油废水。”

他们有信心的表示其研究项目已达到比赛的严格标准,包括产品的真实性、解决现有问题的应用性、对经济、业界、生活质量等方面可达到显著的影响等等;因此,他们的确有获奖的期盼,但却没想过可以成为金牌得主。

重复使用减低换膜成本

由于主修的是石油化学工程,所以他们察觉到石油与石油化学行业所产生的大量含油废水。含油废水是一种难以处理的废水之一。传统的方法如凝结处理废水需时较长,然而传统的常用膜无法过滤含油废水,因为其疏水性弱,而且油状液体会阻塞洞孔;因此,过滤膜必须经过改造以便适用于含油废水过滤系统。

一般上,用于改造膜的常用方法是纳入填料。经改造的聚偏氟乙烯膜加入了二氧化钛、二氧化硅纳米管及氧化铝,可有效的过滤含油废水;然而,在大多数的情况下,只有水通量或截留率其一可以提高,这限制了膜的使用性能,而且还需要第二次的加工以确保过滤系统的有效性。有鉴于此,他们设下目标要生产一种可以同时提高水通量和截留率的膜。

“我们把氧化石墨烯与聚偏氟乙烯合并制成纳米复合材料膜,增加了含油废水过滤的水通量和截留率。这项研究已成功开发出一个没有互抵效应的过滤膜。不仅如此,油的截留率将不受变化的pH值所影响,因此这个膜适用于过滤不同pH值的含油废水。”

“每隔一段时间,亦可使用氧化剂为该膜进行清洁处理,以去除依附在膜上的油分子,好让膜可以继续重复使用,以减低换膜成本。”

他们研究了各种把氧化石墨纳米纤维转为氧化石墨的方法,并从中选择一个耗时较少和危险性较小的方法。同时,他们也参考了许多有关过滤膜的最新发展资料,发现针对含油废水过滤开发的膜非常少,而且都是有着互抵效应的。

“我们针对一些常用膜不同的聚合物材料特性进行研究,发现聚偏氟乙烯具有高耐化学性、良好的强度和易于加工的特征,是一个很好的选用材料。”

制造法已获得专利

在约8个月的研究过程中,除了面对技术上的难题外,最大的挑战是时间分配。为了能够应付课业和其他课外活动,他们采取分工合作的策略,以便在同一个时间进行不同的事务。例如,铸膜必须花上3小时,他们就轮流做一个小时半,好让其中一方可以上课或进行其他活动。

值得一提的是,该研究项目中所研发出来的膜的制造方法已获得专利,并得到新加坡公司HWV Technologies提供研究经费将之商业化。在未来的日子,他们将继续研发有关膜的更多适用材料和功能,也希望后辈可继续钻研氧化石墨烯的应用领域。

●石化工程系铜牌得主——曾振成和林晋亿

研究项目:环保价值高的改性蛋壳生物填料

具潜力替代传统矿物填料

蛋壳粉的高碳酸钙含量已经获得了聚合物工业极大的关注,相信在未来有很大的潜力以替代传统的矿物填料。

最近,来自植物的有机填料也备受关注,因为它低成本、低密度、非磨损性、生物降解性、可回收性、高比特性和高填料。因此,他们选用了改性蛋壳生物填料,以加强高密度聚乙烯聚合物基质。这种新开发的复合填料拥有巨大的潜力以替代在使用高密度聚乙烯中较常见的、从天然资源中提取的碳酸钙填料。

通过使用蛋壳粉以作为取代常规的矿物填料,这将有助于降低食品加工业的蛋壳废料。

●环境工程系铜牌得主——林秉烽

研究项目:微生物燃料电池产生电力亦去除有机污染物

抵消成本 妥善处理废水

微生物燃料电池技术在很久以前已经存在。它不仅能够产生电力,同时也能够通过氧化和还原过程来去除废水中的有机污染物。在这项研究里,他发现电力的生产量和有机污染物的去除率将随着粉末活性炭的增加和污泥停留时间的延长而增长。

能源成本往往对工业领域来说始终是个迫切的问题。每天大约会生产一加仑的废水,而大部分时候这些废水都必须先被处理后才能够被排进河里。处理废水的设施是非常昂贵的,因此,他坚信微生物燃料电池能够以所生产的电力来抵消处理废水处理的成本,同时帮助妥善处理废水。

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