【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院固體所孔令濤研究員團隊在水處理催化膜的制備及其工程應(yīng)用研究上取得系列重要進展。團隊成功開發(fā)出系列高性能催化膜，可高效降解抗生素類新污染物，并成功應(yīng)用于合肥某制藥廢水的深度處理，展現(xiàn)出良好的技術(shù)優(yōu)勢和應(yīng)用價值。相關(guān)研究成果分別以“Interfacial hydrophilicity induced CoAl-LDH/Ti3C2Tx@PVDF Fenton-like catalytic filtration membrane for efficient anti-fouling and water decontamination”、“Ultra-low Cu(I) loading achieving ultra-high fouling-resistance and decontamination performance in a self-cleaning Cu2O/Ti3C2Tx@PVDF catalytic membrane integrated system”和“Efficient acetaminophen degradation and advanced treatment of pharmaceutical wastewater by high loading density Fe3O4/Ti3C2Tx@PVDF catalytic membranes system”為題發(fā)表于Journal of Hazardous Materials 和Chemical Engineering Journal 。
近年來，膜催化氧化技術(shù)在新污染物治理上展現(xiàn)出了巨大優(yōu)勢，但仍存在不足，如催化劑容易流失、活性位點被掩蓋導(dǎo)致催化效率低、膜污染堵塞孔道引起通量衰減、膜分離和氧化速率難以匹配等問題。此外，催化劑成本高、制備工藝復(fù)雜等問題，也進一步制約了該技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用。因此，有必要對催化膜的制備方法及新污染物“分離-氧化”耦合機制進行深入探索。
針對上述問題，研究團隊利用MXene載體片層結(jié)構(gòu)的可調(diào)性優(yōu)勢，結(jié)合微超濾膜制備技術(shù)，成功構(gòu)建系列多功能類芬頓催化膜。不僅顯著提升了膜的穩(wěn)定性、抗污染性和膜通量，更有效解決了傳統(tǒng)膜分離技術(shù)在處理高化學(xué)需氧量(COD)廢水方面的技術(shù)瓶頸。通過采用非溶劑致相分離制備技術(shù)(NIPs)，研究團隊成功實現(xiàn)了金屬基催化劑在聚偏氟乙烯(PVDF)基底上的均勻分散和穩(wěn)定錨固，有效抑制了催化劑的團聚，增強了催化劑與基質(zhì)間的界面結(jié)合力，提高膜的催化性能。在此基礎(chǔ)上，團隊成功開發(fā)出CoAl-LDH/Ti3C2Tx@PVDF、Cu2O/Ti3C2Tx@PVDF、La2O3/MXene@PVDF和Fe3O4/Ti3C2Tx@PVDF等系列中空纖維催化膜和平板催化膜，并構(gòu)建出類芬頓氧化耦合膜分離系統(tǒng)，實現(xiàn)了對水中四環(huán)素和對乙酰氨基酚等抗生素類新污染物的高效去除。
基于上述成果，研究團隊進一步開發(fā)出膜生物反應(yīng)器(MBR)+催化膜反應(yīng)器(CMR)組合工藝，并在安徽合肥某制藥廠廢水站的生化尾水處理中成功應(yīng)用。通過優(yōu)化催化膜在實際廢水中的處理參數(shù)，實現(xiàn)了對抗生素、總有機碳(TOC)、固體懸浮物(SS)及氨氮(NH4+-N)等污染物的高效深度去除，為企業(yè)節(jié)約成本超過30%。這一成果為高COD難降解工業(yè)廢水處理提供了新的解決方案，具有重要的工程應(yīng)用價值和推廣前景。
以上成果的第一完成人為博士后謝超，孔令濤研究員、洪沛東副研究員、李玉蓮博士后等為共同通訊作者。研究獲得國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、安徽省科技創(chuàng)新攻堅計劃、安徽省自然科學(xué)基金及企業(yè)委托開發(fā)橫向項目的資助。
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