近日，我校化学与分子工程学院邢明阳教授团队在环境化学领域研究取得新进展，开发了一种传质增强型光热芬顿悬浮膜，为降解高色度、高浊度废水中的污染物提供了一种有效的解决方案，克服了传统工艺局限。相关研究成果以“Mass Transfer-Enhanced Photothermal Membranes with Synergistic Light Utilization for High-Turbidity Wastewater Purification”为题，发表于Angewandte Chemie International Edition上。
图片说明：协同光利用与传质增强的光热芬顿膜用于高色度高浊度废水净化
高色度高浊度复杂废水中有机污染物的高效去除一直是水污染控制与资源化利用领域的研究热点和难点。近期，邢明阳教授团队设计开发了一种悬浮式光热芬顿膜，用于克服传统光芬顿技术在处理复杂、高浊度和有色废水时遇到的光衰减和杂质干扰难题。研究团队通过调控三甲氧基硅烷的用量和烘干温度使其精准悬浮于水面下1mm，既保证了膜材料对光的充分吸收，又未影响界面反应的传质过程，实现了在高浊度（703NTU）和高色度（10倍色度）废水中89.49%的光利用率和化学需氧量（COD）的高去除率。同时，氧化石墨烯的加入不仅增强了膜的机械性能，还通过其优异的光热特性促进了钼协同催化芬顿反应，从而提高了过一硫酸氢钾（PMS）的有效利用率。研究人员构建了一个综合考虑流体动力学、质量传递和化学反应动力学的非均相催化模型，以深入研究反应活性氧物种在空间中的分布以及固液界面上的质量传递过程，确定了PMS的扩散是降解反应的限速步骤。基于扩展的Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek（XDLVO）理论，进一步评估了膜材料的抗污染性能。悬浮膜具有出色的抗污性能，能有效防止固体颗粒物的累积，并在高浊度废水中实现对苯酚15天以上的长效降解。上述合成策略普遍适用于多种光热材料（Co3O4、CuFe-MOF、Ti3C2、MXene等），对实际工业废水中的多种污染物都有出色的降解效果。该研究提出的悬浮光热芬顿膜为降解自然水环境中的有机污染物提供了一种突破性的解决方案，并为未来设计先进的光热催化剂提供了重要启示。
该论文以华东理工大学为第一通讯单位，化学学院硕士研究生富蒋宸、资源与环境工程学院博士研究生曹嘉真，以及同济大学博士研究生肖绍赜为共同第一作者；邢明阳教授和姜越博士为共同通讯作者。该研究工作得到了欧洲科学院院士张金龙教授的悉心指导，并得到了费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心、材料生物学与动态化学教育部前沿科学中心、国家自然科学基金杰出青年基金等项目的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202421800
