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【催化】高氮化碳负载的多孔超材料聚合物光纤可实现水中微污染物的快速降解

时间：2023-06-25 来源： 浏览：

【催化】高氮化碳负载的多孔超材料聚合物光纤可实现水中微污染物的快速降解

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光催化技术可利用太阳能净化水和空气、将水转化成氢能，是应对环境污染和能源短缺这两大全球性问题最具潜力的技术之一。尽管光催化技术在实验室研究中显示出优异的性能，但其在实际应用中却仍然限制重重。光催化反应器是影响光催化技术应用的重要环节，传统光催化反应器存在的催化剂回收利用难、光能利用率低、造价高、难以规模化等问题。
近日， 北京师范大学 环境与生态前沿交叉研究院 凌力 副研究员与 香港科技大学商啟 教授合作在 基于光催化剂镀膜聚合物光纤的新型光催化反应器设计 上取得进展，相关工作发表在环境类国际权威期刊 Water Research 上，佛山科学技术学院环境与化学工程学院特聘青年研究员 程梓航 为论文的第一作者， 凌力 副研究员和 商啟 教授为通讯作者，该研究工作得到了香港研究资管局（RGC）和北京师范大学人才启动基金的资助。

图1. 高氮化碳负载的多孔超材料聚合物光纤的制造和应用。图片来源： Water Res.
研究团队提出了一种能巧妙利用 聚合物光纤的外层PVDF制造高氮化碳负载的多孔超材料结构 的方法。所制得的高氮化碳负载的多孔超材料聚合物光纤（g- C 3 N 4 -POFs）的催化剂负载量是以前报道方法的100‒1000倍，而且光纤从内向外的光传输方法可以有效规避催化剂和水中其它杂质对光的散射和遮挡，其多孔结构则保证了污染物在高氮化碳负载的多孔超材料结构内的高效传递。因此，g- C 3 N 4 -POFs在相关的催化剂负载量下，可实现比催化剂泥浆高4倍的亚甲基蓝降解速率。同时，在有余氯的去离子水和模拟饮用水中连续20次的循环使用后，g- C 3 N 4 -POFs依然保持良好的结构稳定性和污染物降解活性。该方法不仅适用于氮化碳，亦适用于其他光催化材料。
该研究团队所制得的高氮化碳负载的多孔超材料聚合物光纤在更实用的光催化反应器设计中表现出显著的多功能性。通过调整填充光纤的数量及其涂层质量，可以在不同的等效光催化剂浓度和光纤/体积比下进行反应。这种多功能性使得光催化过程可以在阳光很容易获得但不允许直接太阳辐射的设施中进行，例如，清水箱、配水箱和屋顶上的储水箱。借助本研究研发的g- C 3 N 4 -POFs超材料，可以实现光高效转化为有用氧化剂或还原剂，推动光催化领域的快速发展。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Novel polymer optical fibers with high mass-loading g- C 3 N 4 embedded metamaterial porous structures achieve rapid micropollutant degradation in water
Zihang Cheng, Chii Shang, Paul Westerhoff, Li Ling
Water Res. , 2023 , DOI: 10.1016/j.watres.2023.120234
研究团队简介

凌力 ，北京师范大学环境与生态前沿交叉研究院副研究员，国家青年人才计划获得者，本硕博就读于香港科技大学，曾就职于香港科技大学十木与环境工程系任研究助理教授。主要从事新污染物环境风险削减、光诱导自由基化学与应用新型光催化工艺与反应器的设计等方面的研究。主持/共同主持国家自然科学基金青年基金，3项香港研究资助局优配研究金计划、1项香港创新科技署粤港合作计划、3项香港科技大学可持续智慧校园项目。发表论文30余篇，其中包括 Nature Communications, Environmental Science & Technology, Water Research 等引用1000余次，H指数17。申请国际、国内发明专利10余项，5项实现成果转化。 Environmental Surface and Interface 期刊编委。
https://advie.bnu.edu.cn/szdw/fg/b5efdeb8b29c446185fe6acc982eaf1b.htm
https://www.x-mol.com/university/faculty/357507

商启 教授于1999年在普渡大学获得土木（环境）工程博士学位。自2000年以来，他一直在香港科技大学土木与环境工程系任教，期间担任助理教授，副教授，教授，环境工程研究生学程主任，研究副系主任。他在环境工程领域是享誉世界的学者，主要研究方向包括消毒和高级氧化过程中与工程实践密切相关的化学，光化学和自由基化学。他的研究也包括数种基于质谱的分析方法在环境领域的应用，如membrane introduction mass spectrometry，collision energy-based ESI-Tq-MS，FT-ICR-MS。他目前担任 Environmental Science and Technology 和 ACS ES&T Water 的编辑咨询委员。
https://seng.ust.hk/about/people/faculty/chii-shang

程梓航 ，佛山科学技术学院环境与化学工程学院特聘青年研究员，讲师，硕士生导师。2022年于香港科技大学取得博士学位。主要研究方向为新型光催化反应器设计、新型高级氧化工艺研发和多功能水处理材料的制备与应用。在相关领域国际权威期刊发表论文16篇（SCI 15篇，ESCI 1篇），其中以第一作者在 Environ. Sci. Technol. ，Water Res.，Chem. Eng. J. 等期刊发表论文6篇，共计申请国际国内专利6项，授权5项，实现成果转化6项。
https://www.fosu.edu.cn/sece/uncategorized/10907.html
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