網站地圖
                                    中國首家網上媒體 1995年 1 月 12 日創辦
                                    社內媒體
                                    官方微信
                                    官方微博
                                    當前位置: 首頁 > 學術 > 深度追蹤 > 正文
                                    FCSE | 前沿研究:光-芬頓Ag@MIF-100(Fe)異質結修飾的木質素基電紡納米纖維膜用于復雜廢水修復
                                    發布時間: 來源: 化學工程前沿FCSE

                                    圖片

                                    長按識別查看原文 點擊“閱讀原文”直達

                                    圖片

                                      背景及意義

                                      隨著工業的快速發展,大量廢水污染物未經處理或未經完全處理排入地表水環境中,導致了嚴重的水污染問題。其中,染料作為一類典型的有機污染物,具有排放量大、種類繁多、危害較大等特點,已成為我國有機污染物廢水治理的重點與難點。在眾多廢水處理技術中,膜分離技術因其操作簡單、占用空間小、效率高和可大規模應用而成為廢水處理領域的研究熱點。然而,傳統的單功能和化石基膜容易遭受膜污染、適應性差和性能退化,導致在長期運行期間滲透率和分離效率降低。因此,本研究設計提出了使用簡單的靜電紡絲和原位生長方法來制備修飾有光-芬頓異質結結構的木質素基靜電紡絲納米纖維膜(Ag@MIL-100(Fe)/LENM),用于高效分離油水乳液和降解有機染料。制備的光-芬頓復合膜在復雜廢水處理修復中具有良好的應用前景,該研究可為構建綠色、可持續、多功能的廢水處理膜材料和技術提供參考。

                                      內容及主要結論

                                      通過靜電紡絲和原位生長方法制備了木質素基復合膜(圖1a),即Ag@MIL-100(Fe)/LENM,其具有“芯-鞘”結構和光-芬頓催化作用,木質素基電紡納米纖維作為“芯”,而在納米纖維表面分散良好的Ag@MIL-100(Fe)異質結作為光催化“鞘”。木質素的引入不僅可以部分取代聚丙烯腈,而且為MIL-100 (Fe)負載提供更多的位點(如官能團和粗糙表面)。此外,原位固定的Ag@MIL-100(Fe)異質結的高孔隙率、親水性和光-芬頓催化特性賦予LENM優異的油水分離和吸附-催化能力。本研究主要探討了以下內容:

                                     ?。?)SEM圖和元素映射圖像(圖1)表明八面體狀的MIL-100(Fe)晶體均勻地包裹在靜電紡絲納米纖維上,同時銀納米顆粒也很好地錨定和分散在MIL-100(Fe)的表面,以上結果證明了木質素基光催化復合膜的成功制備。

                                     ?。?)BET結果表明MOFs的固定化顯著提高了復合膜的比表面積和孔隙率,其將有利于污染物的富集。

                                     ?。?)通過XRD、FT-IR和XPS(圖2)對Ag@MIL-100(Fe)/LENM的晶體結構、化學結構和組成進行了一系列表征。其結果進一步證實了Ag@MIL-100(Fe)在LENM上的成功合成和固定。

                                     ?。?)水接觸角結果表明Ag@MIL-100(Fe)的負載顯著提高了LENM的潤濕性能,這賦予LENM優異的膜通量和油水乳液分離能力,展示了Ag@MIL-100(Fe)/LENM在復雜含油廢水凈化方面的優異前景。

                                     ?。?)吸附-光-芬頓催化實驗中,Ag@MIL-100(Fe)/LENM對染料表現出最強的光催化活性,表明Ag納米粒子的高導電性和等離子體效應顯著增強了MOFs中光誘導電子與空穴的有效分離,從而促進了復合膜的光催化活性,實現了更高的催化降解效率。

                                     ?。?)最后,本研究探討了Ag@MIL-100(Fe)/LENM吸附-光-芬頓催化降解體系的可能機理(圖3)。在吸附過程,膜與染料分子之間的相互作用可能包括孔捕獲和π-π堆積。至于光-芬頓催化體系,沉積在MIL-100(Fe)表面上的銀納米顆粒由于其高導電性和等離子體效應而進一步促進了光生電子-空穴的有效分離,進而產生更多的強氧化自由基,促進光催化降解效率。此外,鐵離子(Fe2+)、H2O2和可見光的協同光-芬頓催化作用也進一步促進了上述降解過程。

                                    圖片

                                    圖1 (a)光-芬頓木質素基Ag@MIL-100(Fe)/LENM的合成示意圖。(b-d) LENM、MIL-100(Fe)/LENM和Ag@MIL100(Fe)/LENM的SEM圖像;(e) Ag@MIL100(Fe)/LENM中C、Fe、O、Ag元素的EDS圖像

                                    圖片

                                    圖2 (a-b)LENM、MIL-100(Fe)、MIL-100(Fe)/LENM和Ag@MIL-100(Fe)/LENM的XRD和FT-IR譜圖;Ag@MIL-100(Fe)/LENM中 (c) C 1s,(d) O 1s,(e) Fe 2p和(f) Ag 3d的XPS譜

                                    圖片

                                    圖3 Ag@MIL-100(Fe)/LENM吸附-光-芬頓催化降解染料的可能機理

                                      亮點

                                     ?。?)制備了可用于廢水修復的光催化木質素基Ag@MIL-100(Fe)/LENM,其具有超高的MIL-100(Fe)負載量和芯-鞘結構。

                                     ?。?)Ag@MIL-100(Fe)/LENM在高的膜通量下依然表現出高效的油水乳液分離和染料去除效率。

                                     ?。?)Ag@MIL-100(Fe)/LENM表現出超強的潤濕性和強大的光-芬頓協同作用。

                                      相關成果以“Lignin-based electrospun nanofiber membrane decorated with photo-Fenton Ag@MIF-100(Fe) heterojunctions for complex wastewater remediation”為題,已發表在Frontiers of Chemical Science and Engineering上(DOI: 10.1007/s11705-023-2309-9)

                                      作者及團隊介紹

                                      田國棟(第一作者):陜西科技大學2021級碩士研究生,研究方向為生物質基光催化材料構筑及其在廢水處理中的應用。

                                      段超(通訊作者):陜西科技大學輕工學院副教授,主要從事纖維素綠色制備與功能化(溶解漿制備與功能化、纖維素溶解再生、特種紙產品開發等)及生物質功能材料構筑與應用(MOF催化材料、復雜廢水治理、生物質儲能材料開發等);發表高水平論文60余篇,其中SCI論文40余篇、以第一/通訊作者發表28篇,H指數31。

                                    圖片

                                    圖片

                                    圖片

                                    圖片

                                      閱讀原文

                                    責任編輯:施惠文

                                    文章中觀點僅代表作者個人觀點,不代表本網站的觀點和看法。

                                    神州學人雜志及神州學人網原創文章轉載說明:如需轉載,務必注明出處,違者本網將依法追究。

                                                                      骚逼被操出水