大家都在談技術創新,搞應用拓展,很少會有人關注石墨烯產業的污染問題。主要有以下三個方面,其中生產過程中的污染是最普遍的問題。
1、生產過程中的污染(高耗水、產廢酸)
嚴格意義上講,國內大部分企業做的東西只能叫“少層石墨”,談不上是石墨烯。主要是以石墨粉為原料,采用氧化還原法的技術路線。
氧化還原法的生產過程中會使用硫酸,一般每生產一噸石墨烯,需要消耗40~50噸硫酸,產生待處理的廢酸80~100噸(膨脹石墨一噸需兩噸硫酸,已經存在污染問題),120~150噸新鮮水,如果大量的廢酸水處理不好,將會對土壤、地下水等造成嚴重污染。
采用這種技術路線的代表企業是常州第六元素,這種路線的致命缺點是廢酸處理的成本極高,國家規定,廢酸必須交由有危廢處理資質的公司處理,廢酸處理費用400元/噸,由此測算每生產一噸石墨烯花在廢酸處理上的費用就有32000元~40000元,這個費用是相當高的,石墨烯生產過程中三廢處理成本占到總成本10%左右,1990年,美國經濟學家托比將污染消減成本占生產總成本1.85%以上的產業歸為污染密集型產業,可以想見10%的治污成本是有多恐怖。
另外石墨烯具有絮狀輕飄性質,還存在粉塵污染問題,在運輸和保存上也會帶來麻煩。但是大部分企業只做到“氧化石墨烯”這一步,以漿料或者半固體狀作為成熟產品出售,不再進行還原,這種解決方案可以一定程度避免粉塵污染。
從單位產品排污強度和水資源消耗強度角度看,氧化還原法有點類似鈦白粉行業,采用傳統硫酸法工藝,生產一噸鈦白粉消耗新鮮水100至150噸,同時產生濃度為20%的廢硫酸8噸、酸性廢水100噸,鈦白粉已經列入“高污染、高環境風險”產品名錄。
目前實際情況是,石墨烯行業的環境污染問題并不突出。原因是有一定規模的企業少、產能上不去,另一個原因是大部分企業沒有天天開工,不過一旦應用突破,石墨烯產業的發展可能一日千里,到時候污染問題會凸顯。
2、石墨烯的生物安全性
石墨烯的生物安全性問題始于鋒利的石墨烯邊緣可能會切開細胞,進入細胞內部,且不會被人體分解。
目前,關于人類長期接觸石墨烯的影響還沒有數據支持,有些關于石墨烯藥物載體的文獻指出,石墨烯鋸齒邊緣并不會輕易刺穿細胞膜,反而是太大石墨烯顆粒無法排出體外比較嚴重。筆者認為,石墨烯性質穩定,且不會被人體分解,如果可以順利排出體外,是不會有生物安全性問題。
3、石墨烯或富集毒物
石墨烯擁有巨大的比表面積2630m2/g,但是這一特性是把雙刃劍,好處是用作吸附材料,效果是活性炭的數倍;壞處是有可能富集毒物,影響污染物的遷移和分解。美國加利福尼亞大學相關人員研究了石墨烯進入水體的環境風險,研究發現,在類似地表水的液體中,氧化石墨烯會吸附到正在腐爛的植物和動物產生的有機物上,然后隨著它們漂浮,那么,這些石墨烯進入動物和人體內的概率會大大增加。
我國從事石墨烯生產業務的企業數量為533家,技術路線多為氧化還原法,使用強酸作為氧化劑,不可避免面臨環境污染問題,2017年,史上最嚴環保法、最高罰單、大氣污染防治法等一波又一波環保風暴席卷整個化工行業,石墨烯行業也難于幸免。做好三廢處理,通過相關部門檢測固然重要,但是從產業鏈上游出發開發一種更綠色環保的石墨烯生產方法,似乎能從源頭上解決問題。