CEJ | 文献前沿 | 催化纳米纤维蒸发器，原位过氧化氢生成实现光热水净化

文摘 2024-12-16 08:00 上海

【研究背景】

太阳能驱动的界面水蒸发（SDIWE）是一种由取之不尽的能源驱动的清洁水生产新兴技术，但其应用受到挥发性有机化合物（VOC）逃逸到冷凝水中的影响。本文提出了一种与Fenton工艺集成的双功能SDIWE系统，通过原位过氧化氢（H2O2）生成，从含挥发性有机化合物的废水中实现自给自足（不向给水中添加任何额外的化学物质）的高质量淡水生产。基于AgNP（Ag纳米粒子）@石墨氮化碳（g-C3N4）/β-氢氧化铁氧化物（β-FeOOH）-聚丙烯腈（AgG/Fe-PAN）纳米纤维膜的混合SDIWE系统在一个太阳（1 kW m-2）下表现出优异的蒸发性能（1.61 kg m-2h−1）。值得注意的是，在没有外部氧化源的情况下，由于协同光催化技术和芬顿反应，冷凝水中的苯酚去除率达到98.4±0.2%，是单独SDIWE（16.2±0.5%）的6.1倍。机理分析表明，H2O2是由AgNPs@g-C3N4颗粒（4小时时约18.8μM）。随后，产生的H2O2通过β-FeOOH进一步活化为•OH自由基，以确保在快速蒸汽产生过程中挥发性有机化合物的分解。同时，该混合系统不仅在宽pH范围（1-11）内表现出91.6±0.6%的优异苯酚去除率，而且确保了对各种有机污染物的良好去除性能和优异的抗菌性能。综上所述，该混合系统成功地将SDIWE技术与各种高级氧化工艺（AOP）相结合，为SDIWE净水过程中无污染生产高质量清洁水提供了一种新方法。

目前，该文以“A self-sufficient catalytic nanofiber evaporator for solar-driven efficient water purification through in-situ hydrogen peroxide generation”为题在《Chemical Engineering Journal》上发表。文章通讯作者为大连海事大学环境学院范新飞副教授。

【文章解读】

【文章总结】

该文成功构建了一个基于AgG/Fe-PAN纳米纤维蒸发器的与Fenton工艺集成的双功能SDIWE系统，该系统可以有效地实现废水中挥发性有机化合物的自给自足降解。由于掺杂了光热材料，混合SDIWE系统在一个太阳（1 kW m−2）下实现了优异的蒸发性能（1.61 kg m-2h−1）AgNPs@g-C3N4比β-FeOOH PAN（0.82kg m-2h−1）高1.96倍。同时，H2O2被证实可以通过以下方式有效地原位产生AgNPs@g-C3N4颗粒（4小时时约18.8μM），并通过β-FeOOH进一步活化为•OH自由基，然后在快速蒸汽产生过程中原位降解VOC。冷凝水中PE的去除率达到98.4±0.2%，这被证明是由于光催化技术和H2O2-•OH-Fenton集成SDIWE系统的协同作用。此外，混合系统不仅在宽pH范围（1-11）内表现出91.6±0.6%的优异苯酚去除率，而且确保了对各种有机污染物（DMF:97.7±0.3%，NMP:83.1±0.3%，DMSO:83.4±2.4%，an:93.2±0.7%）的良好去除性能和优异的抗菌性能。这项工作已被证实可以加速从各种复杂废水中生产高质量的淡水，缓解水资源短缺危机。。

【文献来源】

https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.157611

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