环境催化纤维多场驱动下消除有机污染物的研究

室内空气中有机挥发性气体和水中高毒性、难降解的有机污染物很难用物化吸附和生物处理等传统方法彻底去除，迫切需要研究新型高效的处理方法和材料。项目研究制备环境催化纤维新材料，利用纤维与染料等有机污染物的亲和性吸附富集空气和水中有机污染物，以环境催化纤维表面和内部的催化活性点及微环境为反应场所，在可见光、电场、氧化剂等多场驱动下原位催化降解有机污染物。项目设计合成反应性金属酞菁、碳材料结合型金属酞菁和金属酞菁敏化纳米粒子等三类金属酞菁催化剂，采用化学接枝法、纺丝添加法和表面负载法等三种方式制备环境催化纤维，系统研究空气和水中目标污染物分别从气相或液相到固相（环境催化纤维）界面和内部的吸附扩散行为、催化机理、降解历程和降解产物等基础理论问题，阐明环境催化纤维降解有机污染物的构效关系以及降解效果和规律，为消除室内空气和水中有机污染物开拓新思路、开辟新方法、开发新材料建立理论基础。

本项目针对室内空气中挥发性有机污染物和水中高毒性、难降解有机污染物的去除难题，研究构建新型高效的处理方法和材料，制备了纤维素纤维基、活性碳纤维基、碳纤维基、聚丙烯腈/聚酯基的四类环境催化纤维。环境催化纤维以金属酞菁或者具有可见光响应的催化剂作为催化活性中心，采用化学接枝法、纺丝添加法和表面负载法等方式将其负载到具有易修饰和易调控等特点的纤维上，利用纤维与污染物之间的亲和性吸附富集空气和水中有机污染物，以环境催化纤维表面和内部的催化活性点及微环境为反应场所，在氧化剂、电场和可见光驱动下催化降解有机污染物，并且深入分析了不同催化体系的催化机理以及目标污染物的降解历程。在科学上解决了四个重要问题：（1）利用纤维素纤维、活性碳纤维、碳纤维、聚丙烯腈/聚酯作为载体，以新的键合方式与催化剂结合，提高了环境催化纤维的稳定性，可长时间循环使用；（2）在环境催化纤维中引入新的助催化基团，大大提高环境催化纤维的催化活性；（3）制得的环境催化纤维环境适应能力大大改善，能在大量表面活性剂和助剂存在下，快速降解水中多种结构类型的目标污染物；（4）拓宽了催化反应的pH适用范围，将前期研究中pH为酸性的反应条件拓宽至中性和碱性；（5）金属酞菁的引入拓宽了光催化剂的可见光响应范围，使其能直接利用实际太阳光降解有机污染物（如：强共轭结构的有机染料、氯代芳香族化合物、抗生素等）。项目为纤维材料催化功能化和环境污染治理提供了新思路，并促进纤维材料学科与环境、催化等多学科的交叉融合。