天津工业大学赵健/黄庆林 CEJ：超低功率LED光驱动催化纳米纤维膜材料用于持久高效的绿色治污

2022-09-07 来源：高分子科技

日益严重的污染问题严重影响到了人类的生命安全，污水净化已成为人类社会所关注的重要环境问题。膜分离技术被认为是污水处理的最有效策略之一，然而，频仍发生的膜污染使其更换、更新成本居高不下，限制了其进一步的应用。随着光催化技术的深入研究与开发创新，光催化膜的出现为缓解膜污染问题提供了一种可行的解决途径。然而，传统的光催化膜存在受辐照条件限制、辐照能量利用率低、辐照稳定性差、能耗高等问题，制约了光催化膜的进一步发展。因此，亟待开发一种辐照能量利用率高、安全稳定、能耗低的新型光催化膜。

受自然界中石松枝叶的启发，教育部首批黄大年式教师团队天津工业大学“纤维新材料”骨干教师——赵健课题组报道了一种在低功率辐照下可高效处理多种污染物废水（包括印染废水、抗生素废水、重金属废水、含油废水）的中空管状纳米纤维膜，其以编织管为基体，通过静电纺丝与原位矿化法设计制备了编织管增强型PMIA/β-FeOOH多功能光催化膜，在仅9 W LED灯光照射下，可实现对污染物高达~ 99.9 %的移除效率。此外，得益于优良的内部互穿孔道与多级粗糙的膜面结构，催化膜表现出了优异的渗透能力（~ 3000 L·m^-2·h^-1）和出色的油水分离效率（~ 99 %）。更重要的是，通过超低功率LED驱动的光-芬顿催化可进行高效的自清洁和膜再生，实现“应用-再生-应用”的循环使用性能。在连续净化过程中，多功能催化膜的形态结构、功能特性全程保持完整，表明PMIA/β-FeOOH催化膜具有良好的稳定性与长期服役能力，其在超低功率驱动下表现出的优异性能为净化实际废水提供了一种全新的思路。该工作以“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”为题发表在国际TOP期刊《Chemical Engineering Journal, 450, 138204》上，文章第一作者为纺织科学与工程学院2021级博士生朴洪伟和赵健副教授，通讯作者为赵健副教授与黄庆林教授。

本文通过UV-vis DRS、VB-XPS、EPR、GC-MS及DFT计算等测试分析手段，详细探讨了PMIA/β-FeOOH多功能光催化膜的带隙结构、污染物降解途径与可能的催化机理，探明了催化膜的作用机制。在已有研究工作的基础上（Zhao Jian, et al., Chemical Engineering Journal, 2022, 432, 134300；Journal of Membrane Science, 2021，618，118709 & 2021，635，119500），该方案进一步将光催化技术与膜分离技术融为一体，实现了多功能废水纯化，解决了纳米光催化粒子的流失与回收问题，为有效抑制膜污染与多功能膜材料的开发制备提供了新思路，有望实现超低功率LED灯光驱动下的7*24h全天候催化绿色治污。

图1. (a) 催化膜制备过程及形貌特征; (b) 污染物催化降解示意图及实际应用效果; (c) 多种污染物实际处理效果; (d) 催化机理; (e) 催化膜油水分离示意图.

原文链接：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

下载：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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（责任编辑：xu）

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