基于针铁矿光-Fenton纳米催化陶瓷膜的研发及其对双酚A（BPA）和全氟辛酸 （PFOA）降解机制和抗膜污染特性研究

Many current treatments of contaminated water sources are chemical-intensive, energy-intensive, and/or require posttreatment due to unwanted by-product formation. The incorporation of functional nanostructures in membrane synthesis is a promising advanced approach for improving degradation reaction efficiency while reducing the energy and footprints. In this project, we will demonstrate that through the integration of photo-Fenton catalyst layers (α-FeOOH) into ceramic nanofiltration membrane (TiO2/Al2O3), surface reactions can be promoted for reactive, durable, and sustainable all-in-one hybrid membrane filtration systems. The specific scientific merit from this project include the acquisition of fundamental information on the fabrication of multi-layered nanostructured ceramic membranes (α-FeOOH/TiO2/Al2O3) and optimization of catalyst layer thickness, porosity, filtration flux, and stability; holistically evaluating filtration, organic degradation and antifouling performances; revealing the interactions of environmentally occurring Fe3+ and Fe2 and NOM on photoreactivity of photo-Fenton membranes, radical formation, performances of filtration and degradation. The goal of this project is to lay a foundation for the development of robust and sustainable all-in-one Fenton-based water treatment facilities and promote the application for hybrid ceramic membranes to water disinfection and/or virus inactivation, especially in water reuse and decentralized water treatment.

目前水源水的微污染处理过程普遍存在较高的化学药剂投加、耗能高和消毒副产物等问题。在膜过滤表面加载功能性纳米材料来促进和诱导污染物降解不仅可以提高污染去除效率，同时还能降低膜污染进而减少膜过滤的能量消耗。本研究将负载光-芬顿(Photo-Fenton)催化剂(针铁矿α-FeOOH)到纳米陶瓷过滤膜(TiO2/Al2O3)提高水中微污染物的降解效率和抗膜污染性能，以实现可持续性膜分离过程。这个项目将探索多个科学问题，包括多层纳米结构陶瓷膜的合成过程与优化膜结构稳定；系统地评估多种代表性微污物拦截或降解性能，揭示水环境中的天然Fe3+，Fe2+和天然有机物(NOM)对光-芬顿反应动力学和超氧活性自由基产生的影响。该项目致力于发基于光-芬顿的新一代一体式水处理过程，促进反应性陶瓷膜在水消毒/病原菌/病毒的去除研究和应用中，特别是在水循环利用中发挥独特重要作用。

本项目研究了负载光-芬顿(Photo-Fenton)催化剂(例如针铁矿(α-FeOOH)和钛酸镧(La2Ti2O7))到陶瓷纳米过滤膜(TiO2/Al2O3)表面强化水中难降解微污染有机物(例如，全氟辛酸和1,4-二氧六环)的降解效率，以实现可持续性水处理工程与先进膜材料的结合。该项目旨在促进具有反应活性，耐久性的光催化膜系统的发展和产业化，以实现(1)克服传统Fenton反应（例如，高剂量的亚铁/铁离子和严格的pH范围）的缺点; (2)将传统的被动膜过滤技术升级为新一代膜技术，能够主动降解水污染物和防止表面结垢。这个项目研究了多层纳米结构陶瓷膜的合成机理，催化剂层厚度，孔隙率，过滤通量和稳定性的定量关系；系统地评估水过滤，有机降解和膜污染预防性能，以优化设计催化剂层的厚度和孔隙率；揭示水环境中的天然天然有机物(NOM)对光-芬顿膜的光反应动力学，超氧活性自由基形成的相互作用；揭示加标有机酸和无机盐等对光催化反应产生的自由基直接协同作用；和研究代表聚氟化合物，药物和其他的不同难降解或高耐性性痕量有机微污染物的降解和去除效率和机制。该项目获得方法学和研究发现也将促进反应性陶瓷膜在水消毒/病原菌/病毒的去除研究和应用中，特别是在水循环、重复利用的小规模处理设备(point-of-use, POU)中发挥独特重要作用。