新型核壳结构钛铁基异质结膜的构建及其光催化过滤水中有机物和重金属离子性能的研究

基本信息
批准号:21667019
项目类别:地区科学基金项目
资助金额:41.00
负责人:谢宇
学科分类:
依托单位:南昌航空大学
批准年份:2016
结题年份:2020
起止时间:2017-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:刘连军,许秋华,王苏琴,胡冬生,周盼盼,宋健华,刘玉应,陈玺茜,许江伟
关键词:
光催化过滤电荷转移吸附降解机理异质结膜水处理
结项摘要

The practical application of photocatalytic membrane, an integrated technology of photocatalysis and membrane filtration, is hindered for the low degradation/filtration efficiency, fouling, and poor recyclability, mainly attributed to the lack of functional materials with novel structure and unique properties, the limited understanding of the charge transfer and degradation mechanisms, and the inefficient photocatalytic membrane reactor. In this proposed project, we expect to solve the aforementioned problems through the proposed membrane materials, mechanism and technology innovations. Specifically, (1) for the first time construct a novel core-shell structured heterojunction, i.e., TiO2(001) nanosheets grafted on ZnFe2O4 nanotubes, and further modify this nanostructure by introducing defects (Ti3+/oxygen vacancy) and N-doped graphene. All the components will generate a synergy to enhance the quantum efficiency for pollutants degradation because of the visible light response and facilitated charge transfer, and suppress membrane fouling with a good long-term stability and durability; (2) deeply gain insights into the heterojunction interface and charge transfer mechanism, and understand the mechanisms of organics adsorption/activation/degradation and metal ions competitive adsorption by various ex-situ spectroscopic techniques; (3) design a new multi-stage continuous photocatalytic membrane reactor, and comprehensively evaluate the membrane performance for the removal of specific organics (rhodamine B, bisphenol A, humic acid) and heavy metal ions (Pb2+, Cd2+, Cr3+), long-term durability, regeneration and recyclability, and establish the correlations between materials structure-property-activity. The findings in this project will advance the development of novel membrane materials and provide viable options for water treatment.

目前光催化过滤技术依然缺乏具有新颖结构与独特功能的薄膜材料、对材料的界面化学、电荷转移和有机物降解以及金属离子竞争吸附机制的认知不够深入、缺少先进的反应装置。本项目拟从材料、机理和技术创新出发,首先可控合成多孔核壳结构ZnFe2O4@TiO2异质结,即将高能活性晶面TiO2(001)纳米薄片嫁接到ZnFe2O4纳米管上,通过引入缺陷、与N-掺杂石墨烯耦合进一步提高量子效率、可见光吸收和电荷转移,构建出能级界面匹配的异质结膜,采用先进的谱学与表面技术阐明异质结膜的界面结构和电荷转移途径,设计一种多级连续光催化薄膜过滤装置,系统评价膜材料去除水中特定有机物(罗丹明B、双酚A、腐殖酸)和重金属离子(Pb2+、Cd2+、Cr3+)的效率、耐久力和循环再生性能,探索有机物降解路径与金属离子竞争吸附机理,阐明异质结膜材料的构效关系。该项目实施将为开发新型水处理膜材料与光催化过滤提供理论依据和智力支持。

项目摘要

目前光催化过滤技术依然缺乏具有新颖结构与独特功能的薄膜材料、对材料的界面化学、电荷转移和有机物降解以及金属离子竞争吸附机制的认知不够深入、缺少先进的反应装置。本项目从材料、机理和技术创新出发,首先可控合成了多孔核壳结构ZnFe2O4@TiO2异质结,即将高能活性晶面TiO2(001)纳米薄片嫁接到ZnFe2O4纳米管上,再通过引入缺陷、与N-掺杂石墨烯耦合进一步提高量子效率、可见光吸收和电荷转移,构建出了能级界面匹配的异质结膜,采用先进的谱学与表面技术阐明异质结膜的界面结构和电荷转移途径,设计了一种多级连续光催化薄膜过滤装置,系统评价了膜材料去除水中特定有机物(罗丹明B、双酚A、腐殖酸)和重金属离子(Pb2+、Cd2+、Cr3+)的效率、耐久力和循环再生性能,探索了有机物降解路径与金属离子竞争吸附机理,阐明了异质结膜材料的构效关系。该项目实施为开发新型水处理膜材料与光催化过滤提供了理论依据和智力支持。项目研究期间发表了SCI收录学术论文20多篇,授权发明专利10余项,培养研究生11名,其中四名研究生学位论文获江西省优秀学位论文,获江西省自然科学一等奖等省部级奖励5项。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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