《基於碳層納米通道構建膜界面臭氧催化氧化體系的研究》是依託蘇州科技大學，由錢飛躍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於碳層納米通道構建膜界面臭氧催化氧化體系的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：錢飛躍
- 依託單位：蘇州科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本課題從太湖微污染水體深度淨化的現實需求出發，針對傳統碳質材料催化臭氧氧化法“效能不突出、機理不可控和固液難分離”等缺點，提出將功能化石墨烯（GO）薄片有序鉚固於聚四氟乙烯（PTFE）膜表面，以層間間距作為分離與反應通道，構建原位臭氧催化氧化（GO/O3）體系。本課題擬基於碳層結構特性與污染物分離、臭氧催化性能的回響關係，開展複合膜的設計與功能最佳化。運用動力學參數解析法，表征表面催化氧化與均相HO•反應在污染物降解過程中的相對貢獻率。通過探究影響體系中主導反應機理的關鍵因素，建立調控碳層微環境的可行方法。以膜界面GO/O3體系為反應平台，考察實際太湖水體中不同背景有機物對微污染物去除行為的影響，揭示導致複合膜性能老化的可能原因，提出與方法相適應的反應器原型設計。總之，本課題通過耦合催化氧化與膜分離過程，將有助於豐富現有非均相反應理論，為碳納米材料在水處理領域中的套用開闢新思路。
結題摘要
為應對水體中微污染物的潛在風險，本項目將碳納米管（CNTs）和還原氧化石墨烯（rGO）等多型碳納米材料負載於微濾膜表面，通過系統考察碳材料外形、負載配比和表面還原程度等因素對功能碳層堆疊結構與理化性質的影響，建立了具備吸附-過濾功能的rGO/CNTs複合膜反應平台。該複合膜擁有良好的低壓過水性能，能夠在短暫的接觸時間（＜1s）內活化過硫酸鹽（PS），有效降解水中微量的磺胺類抗生素（SMX）。得益於微尺度上吸附-過濾與原位催化氧化的過程耦合，上述體系有利於發揮碳納米材料高反應活性的特點，同時克服了傳統分散催化劑回收困難、易於流失等固有缺點。為進一步增強複合膜對PS的活化性能，在碳層設計中引入氮摻雜石墨烯（NG）。新建的NG/rGO/CNTs體系藉助表面吸附絡合-催化氧化反應機制，在溶液pH大幅變化、背景物質親/疏水性、分子量迥異的條件下，表現出了更強的目標物去除效能。同時，NG/rGO/CNTs體系降解產物對好氧顆粒污泥活性的抑制作用也明顯低於rGO/CNTs複合膜的水平。這意味著前者具有更好的環境適應性和更低的產物毒性，有望套用於微污染水源水深度處理等領域。
