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亚搏手机版登录入口胡春团队发展材料表面微电场理论 突破低能耗与选择性新污染物水质风险控制瓶颈

来源:     作者:    编辑:chen    发布时间:2022-09-02 16:07    点击数: Views

工业废水、城市污水,以及包括饮用水源的天然水体中普遍存在低浓度新污染物(ECs),已经对人类与水生态健康造成严重威胁。ECs结构稳定,导致其治理能耗大、成本高,特别是从城市污水和饮用水源中将ng/L-μg/L量级的痕量ECs去除更是一个国际性科学挑战。

1 研究团队(左起依次:吕来、胡春、王裕猛)

亚搏手机版登录入口大湾区环境研究院胡春教授,潜心专研这一水处理技术科学挑战,从吕来教授到王裕猛博士(图1),历经10余载,经过两届博士研究生工作指导与合作研究,创新性提出:在催化剂表面构建分子轨道极化微电场,通过表面化学吸附络合ECs有机分子,降低其化学键能,从而显著减少ECs稳定结构断裂所需的能量。基于这一创新理论,实现两大技术突破。

(一)首次实现利用表面吸附有机污染物能量活化H2O2产生羟基自由基(·OH, 解决了依靠Fe2+等还原态金属离子还原H2O2的芬顿/类芬顿水处理技术瓶颈,降低水处理成本与能耗(图2),发展了系列双反应中心(DRCs)类芬顿催化剂,已经批量生产并工程应用于印染和制药废水处理。

2 基于表面微电场的双反应中心(DRCs)水处理技术原理及净水效能

(二)基于多分子轨道极化形成多级表面微电场,使吸附的ECs有机分子键能显著降低,实现无需外能的条件下直接被水中溶解氧氧化断裂,引发吸附ECs连续表面裂解、水解、矿化,同时转化水分子为·OH,继而氧化水中污染物。首次发展了表面微电场驱动的有机污染物能量利用废水自净化原理(图3)。

3 表面微电场驱动吸附污染物裂解、水解和矿化过程及实际印染废水自净化效能

在此基础上,进一步发现并证实城市污水、饮用水源中溶解性有机碳(DOC)与微量ECs形成极性化学络合体,加强了与多级表面微电场的静电力作用,使络合体中ECs优先表面裂解、水解、矿化,发展了城市污水和天然水体中痕量ECs选择性自净化技术原理(图4)。

4 表面微电场和DOC极性络合驱动水中ECs选择性优先去除反应过程

相关催化剂达到吨级生产,并中试和应用于印染、造纸废水以及餐饮油污废水净化等(图5)。

5 基于表面微电场理论的新型催化剂及其工业生产与中试应用

相关成果连续发表在Environmental Science & TechnologyiScienceFundamental Research等环境领域顶尖期刊和国际权威刊物上,获授权国内外专利20余项,并得到国家自然科学基金原创项目、重点项目和广东省珠江人才计划引进创新创业团队项目资助。

 

代表性成果原文链接如下:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589004221008427

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.2c03354

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.7b06545

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.7b04865

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsestengg.1c00157

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsestwater.1c00331

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667325821003083

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337322008128


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