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天津工業大學趙健/黃慶林 CEJ：超低功率LED光驅動催化納米纖維膜材料用于持久高效的綠色治污

2022-09-07 來源：高分子科技

日益嚴重的污染問題嚴重影響到了人類的生命安全，污水凈化已成為人類社會所關注的重要環境問題。膜分離技術被認為是污水處理的最有效策略之一，然而，頻仍發生的膜污染使其更換、更新成本居高不下，限制了其進一步的應用。隨著光催化技術的深入研究與開發創新，光催化膜的出現為緩解膜污染問題提供了一種可行的解決途徑。然而，傳統的光催化膜存在受輻照條件限制、輻照能量利用率低、輻照穩定性差、能耗高等問題，制約了光催化膜的進一步發展。因此，亟待開發一種輻照能量利用率高、安全穩定、能耗低的新型光催化膜。

受自然界中石松枝葉的啟發，教育部首批黃大年式教師團隊天津工業大學“纖維新材料”骨干教師——趙健課題組報道了一種在低功率輻照下可高效處理多種污染物廢水（包括印染廢水、抗生素廢水、重金屬廢水、含油廢水）的中空管狀納米纖維膜，其以編織管為基體，通過靜電紡絲與原位礦化法設計制備了編織管增強型PMIA/β-FeOOH多功能光催化膜，在僅9 W LED燈光照射下，可實現對污染物高達~ 99.9 %的移除效率。此外，得益于優良的內部互穿孔道與多級粗糙的膜面結構，催化膜表現出了優異的滲透能力（~ 3000 L·m^-2·h^-1）和出色的油水分離效率（~ 99 %）。更重要的是，通過超低功率LED驅動的光-芬頓催化可進行高效的自清潔和膜再生，實現“應用-再生-應用”的循環使用性能。在連續凈化過程中，多功能催化膜的形態結構、功能特性全程保持完整，表明PMIA/β-FeOOH催化膜具有良好的穩定性與長期服役能力，其在超低功率驅動下表現出的優異性能為凈化實際廢水提供了一種全新的思路。該工作以“Ultra-low power light driven lycopodium-like nanofiber membrane reinforced by PET braid tube with robust pollutants removal and regeneration capacity based on photo-Fenton catalysis”為題發表在國際TOP期刊《Chemical Engineering Journal, 450, 138204》上，文章第一作者為紡織科學與工程學院2021級博士生樸洪偉和趙健副教授，通訊作者為趙健副教授與黃慶林教授。

本文通過UV-vis DRS、VB-XPS、EPR、GC-MS及DFT計算等測試分析手段，詳細探討了PMIA/β-FeOOH多功能光催化膜的帶隙結構、污染物降解途徑與可能的催化機理，探明了催化膜的作用機制。在已有研究工作的基礎上（Zhao Jian, et al., Chemical Engineering Journal, 2022, 432, 134300；Journal of Membrane Science, 2021，618，118709 & 2021，635，119500），該方案進一步將光催化技術與膜分離技術融為一體，實現了多功能廢水純化，解決了納米光催化粒子的流失與回收問題，為有效抑制膜污染與多功能膜材料的開發制備提供了新思路，有望實現超低功率LED燈光驅動下的7*24h全天候催化綠色治污。

圖1. (a) 催化膜制備過程及形貌特征; (b) 污染物催化降解示意圖及實際應用效果; (c) 多種污染物實際處理效果; (d) 催化機理; (e) 催化膜油水分離示意圖.

原文鏈接：Hongwei Piao¹, Jian Zhao^1.*, Mingyi Liu, Shujie Zhang, Qinglin Huang*, Yong Liu, Changfa Xiao, Ultra-low power light driven lycopodium-like nanofiber membrane reinforced by PET braid tube with robust pollutants removal and regeneration capacity based on photo-Fenton catalysis, Chemical Engineering Journal, 2022, 450,138204.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722036889

下載：Ultra-low power light driven lycopodium-like nanofiber membrane reinforced by PET braid tube with robust pollutants removal and regeneration capacity based on photo-Fenton catalysis

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（責任編輯：xu）

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