多孔金属氧化物复合及负载中空纤维膜湿式催化过氧化氢氧化去除水中难降解有机物及作用机制

According to the deficiencies of catalytic wet hydrogen peroxide oxidation, such as low treatment efficiency, poor repeated use and stability, the key factors determining the comprehensive degradation performance of this catalytic system are the diffusion rates of the pollutants and the degradation products on the surface of the catalysts, the generating rates of hydroxyl radicals and the enhanced surface degradation rates of the catalysts. Based on the summary of our previous and existing research, this study proposes the capture-catalysis and spatial matching-separation mechanisms between porous metal oxides composite/supported on hollow fiber membrane and catalytic wet hydrogen peroxide oxidation for the effective and economical removal of the refractory organic pollutants. The physical properties and catalytic properties of porous metal oxides composite or supported on the membrane was studied. A novel wastewater treatment technology was developed, which was integrated with the high efficient catalysis and hollow fiber membrane processes. The project applicant has extensive experience in the design and construction of metal oxide composites and hollow fiber membrane with micro/nano scale pore structure and adjustable surface composite structure. On this basis, the project also explores the in-depth mechanism of efficient combination of mass transfer adsorption, oxidation and separation degradation for simulated dye wastewater. With new preparation method of porous oxides composite or supported on hollow fiber membrane, a high performance heterogeneous Fenton catalytic process based on adsorption-separation coupling mechanism could be provided.

根据催化湿式过氧化氢氧化过程中，处理效率低、催化材料重复使用困难和稳定性差的现状，提高该体系综合性能的关键因素在于改善污染物及降解产物分子在非均相Fenton催化材料表面的扩散速率并强化催化材料•OH自由基生成能力和污染物表面降解速率。本课题在分析总结已有研究的基础上，提出多孔金属氧化物复合/负载无机中空纤维膜材料对废水中难降解有机物分子的传质-催化和空间匹配-分离协同作用机制。研究多孔金属氧化物复合或负载膜材料物理化学性质以及催化性能的影响，开发催化与中空纤维膜分离技术集成的废水处理新工艺，实现耦合催化与分离的高效协同处理。项目申请人在构建微/纳米尺度孔道结构、表面复合结构金属氧化物及中空纤维膜复合、负载方面具有丰富经验，在此基础上研究水中难降解有机污染物传质吸附、氧化和分离性能高效结合的内在机理，为构建一种基于吸附-分离耦合的高性能非均相Fenton催化工艺奠定理论和实践基础。

根据催化湿式过氧化氢氧化过程中，处理效率低、催化材料重复使用困难和稳定性差的现状，提高该体系综合性能的关键因素在于改善污染物及降解产物分子在非均相Fenton催化材料表面的扩散速率并强化催化材料•OH自由基生成能力和污染物表面降解速率。本课题在分析总结已有研究的基础上，提出多孔金属氧化物复合/负载无机中空纤维膜材料对废水中难降解有机物分子的传质-催化和空间匹配-分离协同作用机制。目前发表SCI论文31篇，其中SCI一区11篇，二区16篇，三区3篇，四区1篇，申请发明专利7项，授权2项。本项目针对非均相染料废水湿式氧化反应过程综合性能关键因素，提升污染物及降解产物分子在非均相染料废水湿式氧化材料表面扩散速率并强化催化材料•OH自由基生成能力和污染物表面降解速率。制备一系列微孔、介孔Mn3O4、FeMnOx和Fe-Cu复合等一系列高活性非均相复合中空纤维膜催化材料。发现了部分介孔Fe-Cu复合材料出现介-大孔复合孔结构的特征，并与材料不同金属盐前驱体水解速度进行关联。已初步建立起孔结构及其复合、负载（包括孔结构、表面金属活性位数量、分布和载体化学环境）与催化活性的关系。项目相关成果可在非均相染料废水湿式氧化方面具有很好的应用前景，可为有机污染物处理开发和应用奠定良好的膜分离和膜催化基础，未来有望实现器件应用的小体积、高机动和轻量化，为国家污染物防治提供有效解决方案。除了发表科技论文31篇外，还申请发明专利10项，授权发明专利4项，计划5年内争取转化。同时已经着手与环境污染治理相关企业联合申请国家及天津市处理示范项目，以促进项目研究成果的转化及应用推广。