近期，中国科学院合肥物质院固体所孔令涛研究员团队在水处理催化膜的制备及其工程应用研究上取得系列重要进展。团队成功开发出系列高性能催化膜，可高效降解抗生素类新污染物，并成功应用于合肥某制药废水的深度处理，展现出良好的技术优势和应用价值。相关研究成果分别以“Interfacial hydrophilicity induced CoAl-LDH/Ti3C2Tx@PVDF Fenton-like catalytic filtration membrane for efficient anti-fouling and water decontamination”、“Ultra-low Cu(I) loading achieving ultra-high fouling-resistance and decontamination performance in a self-cleaning Cu2O/Ti3C2Tx@PVDF catalytic membrane integrated system”和“Efficient acetaminophen degradation and advanced treatment of pharmaceutical wastewater by high loading density Fe3O4/Ti3C2Tx@PVDF catalytic membranes system”为题发表于Journal of Hazardous Materials 和Chemical Engineering Journal 。
近年来，膜催化氧化技术在新污染物治理上展现出了巨大优势，但仍存在不足，如催化剂容易流失、活性位点被掩盖导致催化效率低、膜污染堵塞孔道引起通量衰减、膜分离和氧化速率难以匹配等问题。此外，催化剂成本高、制备工艺复杂等问题，也进一步制约了该技术的规模化应用。因此，有必要对催化膜的制备方法及新污染物“分离-氧化”耦合机制进行深入探索。
针对上述问题，研究团队利用MXene载体片层结构的可调性优势，结合微超滤膜制备技术，成功构建系列多功能类芬顿催化膜。不仅显著提升了膜的稳定性、抗污染性和膜通量，更有效解决了传统膜分离技术在处理高化学需氧量(COD)废水方面的技术瓶颈。通过采用非溶剂致相分离制备技术(NIPs)，研究团队成功实现了金属基催化剂在聚偏氟乙烯(PVDF)基底上的均匀分散和稳定锚固，有效抑制了催化剂的团聚，增强了催化剂与基质间的界面结合力，提高膜的催化性能。在此基础上，团队成功开发出CoAl-LDH/Ti3C2Tx@PVDF、Cu2O/Ti3C2Tx@PVDF、La2O3/MXene@PVDF和Fe3O4/Ti3C2Tx@PVDF等系列中空纤维催化膜和平板催化膜，并构建出类芬顿氧化耦合膜分离系统，实现了对水中四环素和对乙酰氨基酚等抗生素类新污染物的高效去除。
基于上述成果，研究团队进一步开发出膜生物反应器(MBR)+催化膜反应器(CMR)组合工艺，并在安徽合肥某制药厂废水站的生化尾水处理中成功应用。通过优化催化膜在实际废水中的处理参数，实现了对抗生素、总有机碳(TOC)、固体
悬浮物(SS)及氨氮(NH4+-N)等污染物的高效深度去除，为企业节约成本超过30%。这一成果为高COD难降解工业废水处理提供了新的解决方案，具有重要的工程应用价值和推广前景。
以上成果的第一完成人为博士后谢超，孔令涛研究员、洪沛东副研究员、李玉莲博士后等为共同通讯作者。研究获得国家重点研发计划、国家自然科学基金、安徽省科技创新攻坚计划、安徽省自然科学基金及企业委托开发横向项目的资助。
