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天津工業(yè)大學(xué)趙健/黃慶林 CEJ：超低功率LED光驅(qū)動(dòng)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(yán)重的污染問題嚴(yán)重影響到了人類的生命安全，污水凈化已成為人類社會(huì)所關(guān)注的重要環(huán)境問題。膜分離技術(shù)被認(rèn)為是污水處理的最有效策略之一，然而，頻仍發(fā)生的膜污染使其更換、更新成本居高不下，限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。隨著光催化技術(shù)的深入研究與開發(fā)創(chuàng)新，光催化膜的出現(xiàn)為緩解膜污染問題提供了一種可行的解決途徑。然而，傳統(tǒng)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(wěn)定性差、能耗高等問題，制約了光催化膜的進(jìn)一步發(fā)展。因此，亟待開發(fā)一種輻照能量利用率高、安全穩(wěn)定、能耗低的新型光催化膜。


  受自然界中石松枝葉的啟發(fā)，教育部首批黃大年式教師團(tuán)隊(duì)天津工業(yè)大學(xué)“纖維新材料”骨干教師——趙健課題組報(bào)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?gòu)U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(shè)計(jì)制備了編織管增強(qiáng)型PMIA/β-FeOOH多功能光催化膜，在僅9 W LED燈光照射下，可實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物高達(dá)~ 99.9 %的移除效率。此外，得益于優(yōu)良的內(nèi)部互穿孔道與多級(jí)粗糙的膜面結(jié)構(gòu)，催化膜表現(xiàn)出了優(yōu)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(qū)動(dòng)的光-芬頓催化可進(jìn)行高效的自清潔和膜再生，實(shí)現(xiàn)“應(yīng)用-再生-應(yīng)用”的循環(huán)使用性能。在連續(xù)凈化過程中，多功能催化膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)、功能特性全程保持完整，表明PMIA/β-FeOOH催化膜具有良好的穩(wěn)定性與長(zhǎng)期服役能力，其在超低功率驅(qū)動(dòng)下表現(xiàn)出的優(yōu)異性能為凈化實(shí)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(fā)表在國(guó)際TOP期刊《Chemical Engineering Journal, 450, 138204》上，文章第一作者為紡織科學(xué)與工程學(xué)院2021級(jí)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(jì)算等測(cè)試分析手段，詳細(xì)探討了PMIA/β-FeOOH多功能光催化膜的帶隙結(jié)構(gòu)、污染物降解途徑與可能的催化機(jī)理，探明了催化膜的作用機(jī)制。在已有研究工作的基礎(chǔ)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(jìn)一步將光催化技術(shù)與膜分離技術(shù)融為一體，實(shí)現(xiàn)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(fā)制備提供了新思路，有望實(shí)現(xiàn)超低功率LED燈光驅(qū)動(dòng)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(shí)際應(yīng)用效果; (c) 多種污染物實(shí)際處理效果; (d) 催化機(jī)理; (e) 催化膜油水分離示意圖.


  原文鏈接：Hongwei Piao1, Jian Zhao1.*, 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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