【儀表網 研發快訊】近期，中國科學院合肥物質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用研究上取得系列重要進展。團隊成功開發出系列高性能催化膜，可高效降解抗生素類新污染物，并成功應用于合肥某制藥廢水的深度處理，展現出良好的技術優勢和應用價值。相關研究成果分別以“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”為題發表于Journal of Hazardous Materials 和Chemical Engineering Journal 。
近年來，膜催化氧化技術在新污染物治理上展現出了巨大優勢，但仍存在不足，如催化劑容易流失、活性位點被掩蓋導致催化效率低、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、制備工藝復雜等問題，也進一步制約了該技術的規模化應用。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載體片層結構的可調性優勢，結合微超濾膜制備技術，成功構建系列多功能類芬頓催化膜。不僅顯著提升了膜的穩定性、抗污染性和膜通量，更有效解決了傳統膜分離技術在處理高化學需氧量(COD)廢水方面的技術瓶頸。通過采用非溶劑致相分離制備技術(NIPs)，研究團隊成功實現了金屬基催化劑在聚偏氟乙烯(PVDF)基底上的均勻分散和穩定錨固，有效抑制了催化劑的團聚，增強了催化劑與基質間的界面結合力，提高膜的催化性能。在此基礎上，團隊成功開發出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，并構建出類芬頓氧化耦合膜分離系統，實現了對水中四環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出膜生物反應器(MBR)+催化膜反應器(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用。通過優化催化膜在實際廢水中的處理參數，實現了對抗生素、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，為企業節約成本超過30%。這一成果為高COD難降解工業廢水處理提供了新的解決方案，具有重要的工程應用價值和推廣前景。
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計劃、國家自然科學基金、安徽省科技創新攻堅計劃、安徽省自然科學基金及企業委托開發橫向項目的資助。
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