【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】近日，大連化物所節(jié)能與環(huán)境研究部廢水處理工程研究組(DNL0902組)孫承林研究員、衛(wèi)皇曌研究員團(tuán)隊與催化基礎(chǔ)國家重點實驗室李仁貴研究員等合作，發(fā)展了一種新型光催化水氧化和傳統(tǒng)催化過氧化氫濕式氧化(CWPO)耦合的技術(shù)，實現(xiàn)了有機(jī)污染物的高效去除，并將其應(yīng)用于工業(yè)有機(jī)廢水處理中。
 

　　將有機(jī)化合物未經(jīng)處理直接排入水中，會對環(huán)境造成危害。CWPO是一種高級氧化技術(shù)，該技術(shù)采用過氧化氫做氧化劑，在反應(yīng)過程中催化過氧化氫分解為氧化性更強(qiáng)的羥基自由基(·OH)，進(jìn)而將有機(jī)污染物氧化為小分子有機(jī)物，甚至直接將有機(jī)物礦化。CWPO技術(shù)在常溫常壓下即可反應(yīng)，并且具有操作簡單、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等特點，在中低濃度的難生物降解有機(jī)廢水處理領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。但是該技術(shù)存在氧化劑H2O2利用率低，鐵離子循環(huán)困難等問題，使得體系成本和間接能耗較高，限制了其進(jìn)一步大規(guī)模應(yīng)用。
 

　　本工作受到前期李燦院士團(tuán)隊提出的“氫農(nóng)場”策略(Angew. Chem. Int. Ed.，2020；Angew. Chem. Int. Ed.，2022)和晶面間光生電荷分離特性(Nature Commun.，2013；Energy Environ. Sci.，2014)工作的啟發(fā)，提出了光催化水氧化和CWPO耦合技術(shù)(Photo-CWPO)，利用光生電子來實現(xiàn)Fe3+到Fe2+的還原，從而實現(xiàn)CWPO中鐵離子高效循環(huán)；同時，利用光生空穴來實現(xiàn)有機(jī)污染物的氧化降解，大幅降低耦合體系H2O2的使用量。研究發(fā)現(xiàn)，十面體BiVO4光催化劑被引入與CWPO耦合，受益于十面體BiVO4光催化劑高效的電荷分離效率和Fe3+到Fe2+的高效不可逆轉(zhuǎn)化，Photo-CWPO體系表現(xiàn)出遠(yuǎn)高于單獨CWPO體系有機(jī)污染物分子降解效率，有效降低了Fe2+的使用量和鐵泥的排放。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)H2O2可以經(jīng)由BiVO4表面兩電子水氧化過程原位產(chǎn)生，進(jìn)而與體系中Fe2+發(fā)生Fenton反應(yīng)產(chǎn)生·OH，用于有機(jī)污染物分子降解中，進(jìn)一步降低整個體系H2O2的使用量，從而降低處理成本。Photo-CWPO策略已在十余種有機(jī)污染物分子的降解中被驗證，表現(xiàn)出良好的普適性和穩(wěn)定性。該策略的提出和驗證為有機(jī)廢水深度礦化處理提供了一條新的高效低成本技術(shù)路線。
 

　　基于該研究工作，Photo-CWPO技術(shù)已經(jīng)在實際工業(yè)廢水處理中得到放大應(yīng)用，被應(yīng)用于處理煤化工廢水、甲醇制烯烴廢水、偏二甲肼廢水等，表現(xiàn)出了良好的處理效果。目前，該技術(shù)正處于中試階段。
 

　　相關(guān)研究成果以“Coupling Photocatalytic Water Oxidation on Decahedron BiVO4 Crystals with Catalytic Wet Peroxide Oxidation for Removing Organic Pollutions in Wastewater” 為題，發(fā)表在《應(yīng)用催化B：環(huán)境》(Applied Catalysis B: Environmental)上。該工作的第一作者是大連化物所503組博士后趙越和DNL0902組碩士研究生王一睆。上述工作得到大連化物所創(chuàng)新基金、國家重點研發(fā)計劃、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會、國家自然科學(xué)基金等項目的資助。(文/圖 趙越、王一睆)