Ti4O7-硼掺杂碳电催化膜制备及其降解废水中磺胺类抗生素的机理研究

基本信息
批准号:51908409
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:22.00
负责人:师亚威
学科分类:
依托单位:大连海事大学
批准年份:2019
结题年份:2022
起止时间:2020-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:
关键词:
废水处理膜污染磺胺类抗生素电催化膜膜分离
结项摘要

Sulfonamide antibiotics are frequently detected in influents and effluents of wastewater treatment plants, and it is a promising approach to degrade them efficiently and stably with electrocatalytic membrane anodes. Benefiting from the catalytic property of metal oxide and the contribution of adsorption on carbon, metal oxide-carbon composite electrocatalytic membranes are potential candidates, but the degradation efficiency and stability are hindered by the corrosion of carbon, the ununiformed dispersion of metal oxides as well as the low availability of surface area. In this project, it is proposed to construct mesoporous Ti4O7-boron doped carbon electrocatalytic membranes employing a mesoporous titanium-based MOF meso-MIL-125(Ti) as the precursor. By employing the mesoporous MOF precursor, the dispersion of Ti4O7 can be promoted in-situ and the availability of surface area can be increased through the in-situ introduction of mesopores. Meanwhile, by boron doping, the stability of the membrane can be increased and the adsorption of sulfonamides can be enhanced. This project firstly aims to establish an approach to fabricate Ti4O7-boron doped carbon electrocatalytic membranes with controllable properties and to illustrate the effect of mesopores and boron-doping on the degradation mechanism of sulfonamide on the electrocatalytic membrane with the help of theoretical calculations. After that, we will establish and optimize a systematic process to degrade sulfonamides and analyze the effect of key environmental factors on the degradation performance. Finally, the degradation of sulfonamides with high efficiency and stability will be realized.

磺胺类抗生素在污水处理厂进出水中高频检出,利用阳极氧化电催化膜实现其高效稳定降解具有广阔的应用前景。金属氧化物-碳复合电催化膜可利用氧化物的催化性和碳的吸附性协同促进降解,但碳易腐蚀、氧化物分散不均和比表面积利用率低等问题限制了电膜稳定性和降解效率。本项目提出以介孔钛基MOF材料meso-MIL-125(Ti)为前驱体构建介孔Ti4O7-硼掺杂碳复合电催化膜,利用MOF前驱体原位促进Ti4O7的分散并引入介孔以提高比表面积利用率,利用硼掺杂提高电膜稳定性并强化对磺胺类抗生素的吸附效果。拟建立Ti4O7-硼掺杂碳电催化膜的可控制备方法,结合理论计算阐明介孔和硼掺杂在电催化膜降解磺胺类抗生素过程中的作用机理,建立优化系统工艺并解析关键环境因子对降解性能的影响规律,最终实现基于Ti4O7-硼掺杂碳电催化膜的磺胺类抗生素高效稳定降解。

项目摘要

磺胺类抗生素等有机污染物在水环境中高频检出,利用催化膜技术实现其高效稳定降解具有广阔应用前景。本项目围绕水中磺胺类抗生素等有机污染物的高效脱除,以提高污染物降解效能为目标,制备了四氧化三钴-氧化铋-钛催化膜及亚氧化钛催化膜,优化系统工艺并解析了pH、无机盐、天然有机物等水质条件对降解效能的影响规律,阐明了降解过程中吸附、自由基氧化和非自由基氧化的贡献和耦合机理,考察了催化膜稳定性并探究了膜性能恢复方法和机制。制得的钛基催化膜可高效稳定降解水中磺胺类抗生素等有机污染物,有望应用于水中有机污染物的降解脱除。同时,结合密度泛函理论计算,阐明了磺胺类抗生素等有机污染物的降解路径,探究了降解产物的环境毒性效应,为催化膜过程的实际应用提供了参考。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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