【专访.王祥科】---谈环境保护中的放射性污染治理

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农环格格有话说：

        9月9日周五 （农历八月初九），大家早安！！

美国科学引文索引数据库(SCI)ISI (ISI Web of Knowledge）下属的highlycited.com公布的全球2014年3000余位被引用频次高的科学家Highly cited Researcher中，

王祥科教授是中国环境与生态领域两名入选者之一，同时也入选到了工程领域高引用科学家，是中国13名同时入选两个领域的高引用科学家之一。

2015年再次被评为全球高被引科学家，并且同时入选环境生态、工程技术两个领域。

连续被评为全球高被引科学家，我想这应该不是偶然…….

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今天专访——王祥科

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王祥科：华北电力大学教授，博士生导师。国家杰出青年科学基金获得者、中科院百人计划“引进海外杰出人才”、教育部长江学者特聘教授。

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观点

核能的利用过程中产生的放射性核素不可避免的释放到环境中给环境污染和人类健康带来重大危害。我们需要对放射性核素在环境中的化学行为有充分的了解，解决其所带来的环境污染问题。

—--源自王祥科老师的一段话

访 谈

▼ 问：王老师好，在专访前查询了您很多篇文章，老实说，看您的文章能感觉到每一篇都有足够的分量，但我内心一直在默默呼喊---“强烈要求被科普”....您一直从事环境（放射）化学方面研究，发展了先进同步辐射与等离子体技术在环境放射化学和放射性污染治理两方面的应用……那么在环境保护、环境污染治理这条路上，您觉得自己承担的是怎样的一份工作？

王祥科：随着我国工业化进程步伐的加快，我们所处的生态环境面临着严重的污染，对水资源污染进行有效的治理是我们当前迫切需要解决的课题。随着核能的发展，部分放射性核素会释放到环境中，放射性核素在水体环境微界面的迁移转化行为受到国内外环境学者的高度关注和重视，研究放射性核素在固/相表面的吸附行为和微观结构变化,对于评估和分析放射性核素在环境中的物理化学行为有重要意义。通过对放射性核素与环境介质的相互作用研究，可以为我国开展放射性核素在环境中的化学行为研究，为放射性污染治理，提供一些重要的技术参考和指导意义。这也是目前我们在进行的重要工作。应该说是一份比较有挑战的工作吧。

▼ 问：在详细介绍这份挑战之前，还需要请王老师先给我们普及下，什么是放射性核素？什么是放射性污染？是不是有了对放射性核素在环境中的化学行为研究就可以治理放射性污染呢？

王祥科：放射性核素是具有放射性的核素，也叫不稳定核素，在自然界中，大部分核素是稳定的。稳定的核素就是我们平时所说的重金属离子，一般情况下在低浓度时污染是可以忽略不计的。核废料中有些放射性核素，只要我们能够进行有效的防护，对人类的危害是完全可以控制的。不稳定的放射性核素能够自发的发生衰变形成稳定的核素，但在此过程中会放出射线，同时释放出能量。放射性核素在衰变过程中会释放不同的射线，如α粒子、β粒子和γ射线，α粒子是带电粒子，其穿透力最小，一张纸可挡住。β粒子次之，可由铝屏蔽。γ射线穿透力强，必须使用比较厚的材料阻挡，例如一层非常厚的铅才能阻挡。因此除了放射性核素本身的污染外，上述几种射线的辐射损伤是放射性污染的重要来源，尤其是γ射线的辐射损伤。放射性污染的治理，首先要了解放射性核素本身的性质，其次了解放射性核素在环境中的行为，然后才能根据放射性核素的特点和环境条件，采取特殊的措施，开展放射性污染治理。

▼ 问：放射性核素还有重金属离子在环境中的化学行为，这些对我们的环境究竟有什么样的影响？它们在环境中与我们有什么关系？ 

王祥科：放射性污染问题，最重要的污染是因为放射性核素的衰败释放的能量和射线，对细胞进行破败造成细胞的死亡或者基因改变等等，放射性衰变造成的污染不同于一般重金属污染和有机物污染，可以直接从表观现象中发现。放射性污染由于放射性核素的浓度低而造成危害的长期潜在性，短时间内很难发现，而一旦发现基本都是造成严重后果的情况，因此危害非常大。重金属在环境中不易被微生物代谢降解，通过食物链的生物富集作用放大其毒性，对生物和人体产生的生长发育和生理代谢产生严重的影响。而放射性核素可以产生电离辐射，从而杀死生物体内的细胞，影响细胞分裂，导致细胞内遗传信息突变，经常受辐射，可出现白内障、恶性肿瘤、白血病等各种各样的疾病。因此，放射性污染与重金属污染相比，在超低浓度下具有更高的毒性和放射性，其污染更加隐蔽，毒性更高，比如2011年日本福岛核电事故引起的世界性恐慌，就是一个明显的例子。

放射性核素在环境中的化学行为和污染治理研究，比重金属离子研究要困难许多，首先是放射性浓度与其他重金属浓度相比较，低很多，而且环境体系复杂，放射性核素在超低浓度情况下受其他重金属离子的影响比较大，因此获得准确的物理化学参数更加困难；另外放射性的测量和放射性废物的处理，比重金属离子也困难许多，实验操作要求更高，操作更加困难，许多实验室对放射性要求非常严格，增加了放射性的测试和表征困难。

环境中的放射性污染--特点是具有放射性，浓度低，体系复杂，在环境中的放射性核素污染的治理，最好的办法是能够把需要治理的放射性核素提取出来，但是由于存在与放射性核素性质非常相似的其他重金属离子，因此这个方法是非常困难的。其次是能够把放射性核素固定化，让放射性核素在环境中固定下来，这样可以最大限度的降低放射性污染，随着放射性核素的衰变而逐步降低放射性污染。比如一个铀矿山，在开采之前，铀被固定在矿石中，不在环境中发生迁移等行为，因此对环境污染和人类健康并没有造成危害，这点我们可以从铀矿山未开采前人们的健康状况可以明显看出来。而矿山开采后，铀矿石中的铀的形态和结构会发生变化而在环境中的活性增加，通过水体流动进入到土壤中，最后通过植物如庄稼等吸收而进入人体。放射性污染的特点和重金属污染的特点非常类似，但是放射性污染和重金属污染相比，由于放射性的危害更强，因此在更低的浓度情况下表现出来的污染情况更加严重。

尾矿坝

▼ 问：那么我们国家，对于放射性污染治理研究--现在处于什么状态？

王祥科：我国放射性污染研究基础相对比较薄弱，放射化学的人才队伍也比较薄弱，这与我国核能利用处于起步阶段是密切相关的，对放射性污染的治理重视程度还不够。放射性污染的隐蔽性和危害的长期性，决定了我们必须重视放射性污染的治理。放射性衰变释放的不同射线对人体的伤害，尤其是在体内富集后造成的内辐照伤害，如果不用特殊的仪器，根本无法测量，因此具有很强的隐蔽性。同时，部分放射性核素的半衰期长，决定了其长时间的放射性衰变，在整个衰变期间内造成的放射性污染，根本无法控制，具有长期性。因此，整个放射性污染的治理，是长期的艰巨任务。

尾矿坝

▼ 问：所以您说这是一份有挑战的工作。放射性污染的治理研究会涉及与其他学科的合作关联吗？

王祥科：放射性污染的治理，是一个多学科交叉融合的课题，不仅仅是放射化学的问题，牵扯到环境化学、核物理、材料科学、分析化学、物理化学等学科的合作，放射性分析的方法学和光谱学分析，都与放射性分析密切相关，因此，放射性污染的治理研究，牵扯到多学科的密切合作和关联，是学科交叉融合的课题研究。我们课题组与国内外多个研究单位有密切的合作关系，取长补短。

▼ 问：您在国际上发表了很多篇文章，有3篇论文分别被评为2008和2011年最具影响百篇国际学术论文，而且这些论文多次被美国化学会和Willy Material Views评为研究亮点。那么这3篇论文分别涉及什么内容？为什么会在国际上倍受关注呢？ 

王祥科：我们这三篇最具影响百篇国际学术论文，主要研究工作是多壁碳纳米管及氧化多壁碳纳米管对水体中的芳香有机化合物（萘酚、萘胺和苯酚）和重金属离子在腐殖酸/富啡酸存在下的吸附行为研究。研究结果引起了同行的高度关注和重视，这跟我们研究的创新性有很大的关系，从文献报道看，我们课题组是第一个将碳纳米管应用于放射性污染治理的课题组，我们的研究立足于研究前沿和热点，大胆的进行开拓探索性研究，这些高要求保证了我们在该学科领域的领先性和引导性，这可能也是我们的研究为什么受到国内外同行的高度关注的原因。目前碳纳米材料的制备已经是低成本，而且能够宏量制备，考虑到碳纳米材料的高效吸附能力，在未来环境污染治理中一定会发挥重要作用，我们课题组前期已经将碳纳米材料，结合其他材料，成功用于低浓度放射性废水处理，处理后的废水达到了直接排放的标准和要求。

▼ 问：有关碳纳米材料应用于放射性污染治理，这其中的原理和所带来的意义是什么？碳纳米材料在我国和国际上的研究发展情况是怎样的？

王祥科：碳材料中，最典型的材料是活性炭，由于其对污染物（包括放射性核素）的高效去除能力，广泛应用于环境污染（尤其是废水）治理中，碳纳米材料与活性炭相比，由于碳纳米材料的特殊性质，比如处理能力更高，稳定性更好，因此在放射性污染治理中它就具有独特的优势了。我们在2005年首次将碳纳米管用于放射性废水处理，收到了很好的效果，后来我们进一步将碳纳米材料与其他传统材料复合，制备纳米复合材料，用于放射性废水处理，处理后的废水达到了直接排放的标准，比如我们在一桶含有放射性核素的废水中，放入一点碳纳米复合材料，过几分钟后放射性核素都从溶液中跑到碳纳米复合材料上，经过分离后，废水就达到了净化的目的。

从文献报道看，在国际上我们是首次将碳纳米管用于放射性污染治理，后来美国和欧洲出台了纳米材料和技术用于核废料处理的政策，我们的文章是其重要的参考依据。比如美国几个涉及核研究的国家实验室，先后成立了纳米材料与技术用于核废料和放射性污染应用的研究中心，在纳米材料用于放射性污染治理和核废料处理方面投入了大量的资金支持。目前碳纳米材料的应用研究在国际上比较备受关注。

王祥科团队设计的便携式放射性非常处理器-处理后废水达到排放要求

▼ 问：目前碳纳米材料成功用于低浓度放射性废水处理。您说到放射性核素在水体环境微界面的迁移转化行为受到国内外环境学者的高度关注和重视---如何经济有效地净化处理被污染的水体以达到日益严格的环境标准已成为现今环境科学与工程领域研究的热点和难点？

王祥科：水体中的放射性核素与水体中常规污染物相比，浓度低很多，甚至低几个数量级。如果不是放射性引起的毒性等问题，完全可以不用考虑。但是放射性的问题，如辐射损伤和辐射累积，在放射性污染治理中必须认真考虑。水体污染的高效净化一直是目前研究的难点和热点，这个问题需要我们合成高效低成本的环境友好材料，实现水体中污染物的高效和高选择性富集，对我们也是一个巨大的挑战，我们已经在这方面取得了一些成就，比如我们利用废弃的棉花、西瓜和烟灰等材料，进行简单的处理和改性，不仅得到高效的吸附剂材料，而且还实现了对废物再利用的目的。总体来说，目前我们课题组在水体污染高效净化方面的研究，还处于初始阶段，很多机理问题还没有完全弄明白，需要继续努力。

▼ 问：您曾经提到---随着商用化生产 TNTs 成本的不断降低, 在不久的将来, TNTs 这一新型的纳米材料在环境污染物的实际处理中将有极为重要的应用。这是一款已经可应用的产品？ 

王祥科：钛酸盐纳米材料（TNTs）是一种新型高效的无机离子交换剂，其具有很大的离子交换容量，我们利用廉价的商业P25和工业级的偏钛酸为原材料利用碱液水热法合成钛酸盐纳米结构，构建多功能的柔性薄膜，实现对水体中放射性核素、重金属离子和石油泄漏的有效处理，切实的解决实际当中遇到的问题。随着合成技术的不断成熟，新型TNTs材料的制备成本会不断降低，而且材料的结构会进一步优化，在实际应用中会进一步得到应用。

▼ 问：纳米材料会被广泛使用？广泛使用后它本身会给环境带来新的污染问题吗？

王祥科：碳纳米材料最大的特点和优势就是稳定性高，吸附能力强，又因为它有着独特的结构和性质，所以碳纳米材料不但对放射性废液中放射性和去除能力强，而且适用性广。在其他领域比如太阳能电池和光催化等领域，都引起国内外的广泛兴趣，是目前研究的热点。

虽然碳纳米材料具有如此多的优点，但是由于碳纳米材料的广泛应用，在污染治理的同时，其本身也可能带来新的污染问题，因此碳纳米材料的环境化学行为，其在环境中的生物毒理学和植物毒理学研究，同样是目前碳纳米材料的研究热点问题或者说需要同步进行研究的热点问题。

▼ 问：对于目前的放射性污染治理研究，您算开拓者？您的科研在国际上一直备受关注，应该说目前在国际上起到了一个引领作用？ 

王祥科：在放射性污染治理方面，我是沿着我国老一辈科学家的道路走过来的，我不是开拓者，只是在放射性污染研究领域中一个比较坚定的研究人员。在前辈研究的工作基础上，同时结合最近几年出现的先进仪器，我们课题组开展了比较系统的研究工作，取得了一些有意义的研究结果而已，离开拓还很远很远。在固/水界面相互作用的工作中，尤其是放射性核素和重金属离子在环境界面上的可逆-不可逆研究应该是创新性的，我们构建了解吸动力学模型，该工作发表后，受到同行的关注，也有多篇文章跟进。在这一方面我们起到了引领作用。此外，我们利用先进的同步辐射技术研究技术，来观察放射性核素在环境中的化学形态和微观结构，我们首次研究并发现放射性核素在环境介质上的化学形态和结构随时间增加而更稳定的变化关系和规律。在技术上，我们利用低温等离子体技术修饰纳米材料，并应用于放射性污染治理研究方面，我们起步早，工作系统，在国内外位于先进行列。回过头看，很多工作当时只是感觉很有意思，而且文献上也没有相关报道，就开始做了。

▼ 问：也是这份回过头看的有意思，推动了放射性污染治理研究的发展。您说，放射性污染治理研究是很有难度的，这里需要对放射性核素在环境中的化学行为有比较详细的了解？—您在文章中有句话“核能的利用过程中产生的放射性核素不可避免的释放到环境中给环境污染和人类健康带来重大危害 ”—-那么这种不可避免的释放会增大研究难度吗？放射性核素在环境中算废弃物吗？

王祥科：是的。不可避免的释放到环境中，表示我们无论采取什么方法，只能最大限度的减少这种危险，而无法达到零排放。因此放射性核素的特点决定了我们必须采取有效的措施，最大限度降低放射性核素被释放到环境中，减少放射性核素的污染。释放到环境中的放射性核素，我们需要对其在环境中的化学行为有充分的了解。当今世界能源危机，核能由于成本低安全可靠，得到迅速发展，可随之而产生的核电运行产生的大量核废料和放射性废物，这一部分产生的放射性核素不可避免，而且会不断聚集，因此我们需要对核废料进行妥善的处理。解决所带来的环境污染问题。但严格意义上，放射性核素不能算废弃物，很多放射性核素是非常有用而且价格昂贵的，如果能够有效的回收利用，完全是变废为宝。在乏燃料中有很多非常有用的核素，如鍀99和碘129是非常好的标记核素，用于放射性药物标记。另外，很多放射性核素具有一些特殊的用途如钚239和铀235，都是制造原子弹的原料等等，这些放射性核素不但价格昂贵，而且放射性强，如果能够有效的回收利用，不但是变废为宝，而且对能源的可持续利用都是非常好的。

▼ 问：废弃物处理，是能源可持续利用的一个很重要的环节。有关废弃物处理，您对这块的研究涉及有哪些呢？ 

王祥科：废弃物是一个非常大的概念，我们主要开展的工作是废液处理。对于废液处理过程当中，往往会产生二次废物，我们国家对这一部分跟进做的不足，另外，在核电站运行产生的乏燃料处理，目前我们国家尚处于起步阶段，基于目前现状，我们利用大量的实验和光谱分析，分析了放射性核素在环境介质中的吸附及扩散迁移行为。同时，我们合成了具有高效吸附性能和可再生的纳米材料。根据我们的研究结果，我们设计和研制了放射性废水处理装置，并成功用于中低浓度放射性废水处理，处理后的放射性废水达到了直接排放的要求。但是核废料的处理与放射性废液处理相比，更加困难，而且流程更加复杂，需要多个领域的协同配合，共同努力，为我国核废料处理提供理论支持和技术难题的解决。

▼ 问：一项科学研究成果—--如何得以应用？这个问题王老师有怎样的感受？又有怎样的建议呢？ 

王祥科：作为高校，我个人认为需要制定灵活的政策，加强教师和学生的创新能力，鼓励和实现基础研究成果的产业化，比如可以在高校设立一个独立的技术授权办公，其功能就是转让高校基础研究所产生的技术。另外高校老师在申请专利，挖掘潜在的应用价值等方面，可能需要进一步开放，向社会公开，进而达到专利技术实际应用的价值和目的，而不是单纯为了申请专利而申请专利。

▼ 问：您怎么看我们国家目前的环境问题？ 

王祥科：环境污染治理作为一种朝阳产业，我们不仅需要政府、企业、科研院所和高校的努力，还需要各方面的协同创新，加强合作，形成政府扶持，基础科研促进环保产业的发展。利用化学、物理和生物等手段实现有效的环境治理，此外，我们需要建立一批环境污染治理的中试平台，为高校与环保企业的合作创造良好的条件。化学在我们生活中无处不在，离开化学，我们的日常生活将非常困难，我们需要它，需要科学合理地使用它。比如化肥、农药等化学物品在农业生产中的使用，但不能大量使用，甚至到了滥用的地步，这里需要政府加强监管，降低对环境和人类健康造成的负面影响。

▼ 问：王老师在法国和德国都曾经从事过环境科研工作，这两个地方做科研有什么不同吗？您有什么感受和收获？ 

王祥科：在法国和德国对待科研的思维方式不一样：在法国科研人员可以按照自己兴趣选择研究的内容，一些科研探索，旨在探测研究，直接应用价值在短时间内可能不大，在法国从事科研，很简单，就是研究解决科学问题，而且每个人的研究工作都是有主题思想的，不会因为目前哪个研究热点而追踪；这应该是我的收获。在德国呢，我所在的单位是重视基础研究的，德国的研究体系比较系统，有的单位纯粹从事基础研究，有的单位是基础和应用相结合，而有的单位是纯粹的应用。关于德国的研究体系，网上有很多介绍。

▼ 问：您回国后一直从事科研和教学工作，您在教授学生上面，我想肯定有自己的心得？我查到您2014年获中科院“优秀研究生导师”，中科院优秀研究生指导教师，2009年中科院“朱李月华优秀研究生导师”…  在这里先祝王老师教师节快乐！！

王祥科：谢谢！！我本人到2015年底已经毕业了13名博士研究生，其中4人获中科院院长特别奖，3人获中科院优博论文，7人获中科院院长优秀奖。中科院的规则是如果学生获优博论文，导师就是优秀研究生指导教师，如果学生获院长特别奖，导师就是优秀研究生导师。因此我2009年，2010年，2012年，2013年，2014年 和2015年先后四次获中科院“优秀研究生导师”，三次获中科院优秀研究生指导教师，和2009年中科院“朱李月华优秀研究生导师”等荣誉称号。我一直教导我的学生，要夯实理论基础知识，争取站在科学研究的最前沿，开展具有特色的创新研究。目前我们开展放射性污染检测和治理基础和应用研究，通过理论计算和先进的光谱技术表征分析，来解释我们在实验过程中遇到的现象。同时呢，我们在开展科学研究的过程中，更加注重放射化学领域人才培养，建立一支有影响力的研究团队。

最后需要说明的是，我的研究生都很努力，暑假他们几乎都不休息，是他们的辛苦付出和努力工作，让我多次被评为中科院优秀研究生导师，我最需要感谢的是我的研究生，尤其是已经毕业的研究生。

▼ 问：相信辛勤耕耘终会有收获...我想这里也有您秉持的科学理念！！请王老师给我们介绍下您目前的科研动态和团队？

王祥科：其实我们就是秉持一种坚定，大胆创新的科学理念在往前走。我们研究团队的主要工作集中在环境放射性污染分析和治理方面，特别是长寿命放射性核素在环境中的化学行为研究，一直是我们课题组多年坚持的研究方向。放射化学的研究，是枯燥而且困难的，论文发表困难而且影响因子都很低，在如此困难的情况下，我们课题组一直坚持环境放射化学这个研究方向，没有考虑论文的影响因子等不利因素，开展了大量的系统研究工作，在环境化学和放射化学主流期刊发表了一系列具有代表性的研究工作。

另外，随着纳米材料的广泛使用，部分纳米材料会不可避免释放到环境中，环境中的纳米材料由于其独特的物理化学性质会引起纳米毒性并对环境污染和人类健康造成重大威胁，为了能够准确分析和评价环境中的纳米材料的化学行为，我们华电环化科研组采用先进光谱技术和理论计算结合，分析纳米材料与环境中污染物的作用机理，以及通过对纳米材料表面功能化修饰等方法，实现了目标污染物的高效去除，同时通过分析纳米材料与环境介质的界面相互作用，阐明纳米材料在环境中的化学行为。我们科研团队还与中科院化学所、国家纳米中心和合肥物质科学研究院等国内有关有着良好的合作关系，同时我们与德国、法国、日本和英国等一些单位有良好的合作关系，建立了良好的合作平台，每年我们会选派一些研究生远赴这些单位，开展学术交流。希望我们可以为国家的环境保护事业做出贡献吧。

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王祥科课题组：

        主要工作集中在环境放射性污染分析和治理，特别是长寿命放射性核素在环境中的化学行为研究，一直是课题组多年坚持的研究方向。

       王祥科主要从事三废治理、纳米材料在废水处理、等离子体技术应用、环境污染检测和治理中的应用等方面的研究工作。主持与参加了中科院百人计划项目、国家自然科学基金杰出青年科学基金、重点基金、国家973项目等多项研究。

王祥科担任日本静冈大学客座教授、中科大双聘教授、苏州大学讲座教授、沙特阿拉伯阿卜杜拉大学客座教授等。目前担任J. Hazard. Mater., J. Mol. Liquid.等国际学术期刊编委。

在Chem. Soc. Rev., Adv. Mater., Chem. Sci., ACS Nano, Geochim. Cosmochim. Acta, Environ. Sci. Technol., Chem. Commun., Water Res., Chem. -Eur. J., J. Mater. Chem.,Polym. Chem., Appl. Phys. Lett., J. Phys. Chem. B(C), ACS Appl. Mater. Interface, 中国科学等SCI期刊上发表论文260余篇，邀请综述10多篇，被他人正面引用和评价12000多次，H影响因子为69，为两部英文专著分别撰写其中的两章。

推荐文章：

1---2011年底在Environmental Science & Technology (2011, 45, 10454-10462)发表的一篇文章，从文献检索看，王祥科课题组应该是很早把石墨烯纳米材料用于环境污染研究的工作，合成了石墨烯纳米材料，用于环境中重金属离子去除；

2---最近，王祥科课题组采用理论计算和光谱分析方法，研究了纳米材料不同功能基团对放射性核素的吸附贡献（Environmental Science & Technology. 2015，49, 4255-4262）。

以上两篇文章发表后受到了国内外同行的广泛关注和评价。

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晚风飘香，远处又是桃李满园

祝老师们 教师节快乐！！

以上访谈感谢 王祥科老师

农环订阅微平台出品

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