近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所節(jié)能與環(huán)境研究部廢水處理工程研究組研究員孫承林和衛(wèi)皇曌團(tuán)隊(duì)、催化基礎(chǔ)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員李仁貴等合作，發(fā)展了一種新型光催化水氧化和傳統(tǒng)催化過氧化氫濕式氧化(cwpo)耦合的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了有機(jī)污染物的高效去除，并將其應(yīng)用于工業(yè)有機(jī)廢水處理。

將有機(jī)化合物未經(jīng)處理直接排入水中，會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害。cwpo是一種高級(jí)氧化技術(shù)。該技術(shù)采用過氧化氫做氧化劑，在反應(yīng)過程中催化過氧化氫分解為氧化性更強(qiáng)的羥基自由基(·oh)，進(jìn)而將有機(jī)污染物氧化為小分子有機(jī)物，甚至直接將有機(jī)物礦化。cwpo技術(shù)在常溫常壓下即可反應(yīng)，并具有操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等特點(diǎn)，在中低濃度的難生物降解有機(jī)廢水處理領(lǐng)域受到關(guān)注。該技術(shù)存在氧化劑h2o2利用率低、鐵離子循環(huán)困難等問題，使體系成本和間接能耗較高，進(jìn)一步大規(guī)模應(yīng)用受限。

本工作受到中科院院士李燦團(tuán)隊(duì)提出的“氫農(nóng)場(chǎng)”策略(angew. chem. int. ed.、angew. chem. int. ed.)和晶面間光生電荷分離特性(nat. commun.、energy environ. sci.)工作的啟發(fā)，提出了光催化水氧化和cwpo耦合技術(shù)(photo-cwpo)，利用光生電子來實(shí)現(xiàn)fe3+到fe2+的還原，從而實(shí)現(xiàn)cwpo中鐵離子高效循環(huán);同時(shí)，利用光生空穴來實(shí)現(xiàn)有機(jī)污染物的氧化降解，大幅降低耦合體系h2o2的使用量。研究發(fā)現(xiàn)，十面體bivo4光催化劑被引入與cwpo耦合，受益于十面體bivo4光催化劑高效的電荷分離效率和fe3+到fe2+的高效不可逆轉(zhuǎn)化，photo-cwpo體系表現(xiàn)出高于單獨(dú)cwpo體系有機(jī)污染物分子降解效率，有效降低了fe2+的使用量和鐵泥的排放。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)，h2o2可經(jīng)由bivo4表面兩電子水氧化過程原位產(chǎn)生，進(jìn)而與體系中fe2+發(fā)生fenton反應(yīng)產(chǎn)生·oh，用于有機(jī)污染物分子降解，進(jìn)一步降低整個(gè)體系h2o2的使用量，從而降低處理成本。photo-cwpo策略已在十余種有機(jī)污染物分子的降解中被驗(yàn)證，表現(xiàn)出良好的普適性和穩(wěn)定性。該策略為有機(jī)廢水深度礦化處理提供了新的高效低成本技術(shù)路線。

基于該工作，photo-cwpo技術(shù)已在實(shí)際工業(yè)廢水處理中得到放大應(yīng)用，被應(yīng)用于處理煤化工廢水、甲醇制烯烴廢水、偏二甲肼廢水等，表現(xiàn)出良好的處理效果。目前，該技術(shù)正處于中試階段。

相關(guān)研究成果以coupling photocatalytic water oxidation on decahedron bivo4 crystals with catalytic wet peroxide oxidation for removing organic pollutions in wastewater為題，發(fā)表在《應(yīng)用催化b：環(huán)境》(applied catalysis b: environmental)上。研究工作得到大連化物所創(chuàng)新基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、國(guó)家自然科學(xué)基金等的支持。