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              專 欄

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              廣州大學胡春團隊發展材料表面微電場理論 突破低能耗與選擇性新污染物水質風險控制瓶頸

              來源:     作者:    編輯:chen    發布時間:2022-09-02 16:07    點擊數: Views

              工業廢水、城市污水,以及包括飲用水源的天然水體中普遍存在低濃度新污染物(ECs),已經對人類與水生態健康造成嚴重威脅。ECs結構穩定,導致其治理能耗大、成本高,特別是從城市污水和飲用水源中將ng/L-μg/L量級的痕量ECs去除更是一個國際性科學挑戰。

              1 研究團隊(左起依次:呂來、胡春、王裕猛)

              廣州大學大灣區環境研究院胡春教授,潛心專研這一水處理技術科學挑戰,從呂來教授到王裕猛博士(圖1),歷經10余載,經過兩屆博士研究生工作指導與合作研究,創新性提出:在催化劑表面構建分子軌道極化微電場,通過表面化學吸附絡合ECs有機分子,降低其化學鍵能,從而顯著減少ECs穩定結構斷裂所需的能量。基于這一創新理論,實現兩大技術突破。

              (一)首次實現利用表面吸附有機污染物能量活化H2O2產生羥基自由基(·OH, 解決了依靠Fe2+等還原態金屬離子還原H2O2的芬頓/類芬頓水處理技術瓶頸,降低水處理成本與能耗(圖2),發展了系列雙反應中心(DRCs)類芬頓催化劑,已經批量生產并工程應用于印染和制藥廢水處理。

              2 基于表面微電場的雙反應中心(DRCs)水處理技術原理及凈水效能

              (二)基于多分子軌道極化形成多級表面微電場,使吸附的ECs有機分子鍵能顯著降低,實現無需外能的條件下直接被水中溶解氧氧化斷裂,引發吸附ECs連續表面裂解、水解、礦化,同時轉化水分子為·OH,繼而氧化水中污染物。首次發展了表面微電場驅動的有機污染物能量利用廢水自凈化原理(圖3)。

              3 表面微電場驅動吸附污染物裂解、水解和礦化過程及實際印染廢水自凈化效能

              在此基礎上,進一步發現并證實城市污水、飲用水源中溶解性有機碳(DOC)與微量ECs形成極性化學絡合體,加強了與多級表面微電場的靜電力作用,使絡合體中ECs優先表面裂解、水解、礦化,發展了城市污水和天然水體中痕量ECs選擇性自凈化技術原理(圖4)。

              4 表面微電場和DOC極性絡合驅動水中ECs選擇性優先去除反應過程

              相關催化劑達到噸級生產,并中試和應用于印染、造紙廢水以及餐飲油污廢水凈化等(圖5)。

              5 基于表面微電場理論的新型催化劑及其工業生產與中試應用

              相關成果連續發表在Environmental Science & Technology、iScience、Fundamental Research等環境領域頂尖期刊和國際權威刊物上,獲授權國內外專利20余項,并得到國家自然科學基金原創項目、重點項目和廣東省珠江人才計劃引進創新創業團隊項目資助。

               

              代表性成果原文鏈接如下:

              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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