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山东大学许醒副教授团队WR综述|纳米限域催化宏观结构用于先进水处理

环境工程与科学  · 公众号  ·  · 2024-12-11 21:07

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12月11日, 山东大学许醒副教授和华东交通大学彭小明教授(共同通讯) Water Research在线 发表了题为 “Nanoconfined catalytic macrostructures for advanced water remediation: From basic understanding to future application strategies” 的综述论文,讨论了各种纳米限域催化宏观结构的制备方法,并分析了它们的 Fenton催化性能以及形成这些独特催化特性的内在机制。

全球经济社会的快速发展造成的水污染严重加剧了淡水资源的枯竭。中水回用已被公认为水资源可持续管理的前沿策略,但如何有效去除水中一些低浓度、有毒、难降解的污染物,如药物、农药、干扰内分泌的化学物质、个人护理产品等、 这使得中水回用的成功实施面临挑战。近年来,基于纳米催化剂活化过硫酸盐的高级氧化过程(AOPs)因能生成强氧化能力的活性氧(ROS)而被提出作为一种有效的解决方案。然而,由于HO (<1 μs)和SO 4 - (30-40 μs)在水中的传质有限且寿命极短,该技术在水污染修复中的实际应用仍受到活化效率低、自由基利用率低的限制,且由于粉末催化剂悬浮,难以从水中回收。

近年来,应用于高级氧化工艺(AOPs)的纳米限域催化大结构得到了快速发展,有效解决了传统异相 AOPs 存在的传质受限、短寿命活性氧(ROS)扩散受限、催化剂聚集/浸出等问题。与传统的异相 AOPs 系统相比,纳米限域催化宏观结构在氧化剂、催化剂、ROS 和微污染物之间具有独特的相互作用,可显著提高 ROS 的产量和传质。目前,从基础理论到应用性能和未来发展战略,缺乏对纳米限域催化宏观结构的全面综述。本研究通过综合密度泛函理论(DFT)和分子动力学(MD)激励,回顾了各种纳米限域催化宏观结构的制备过程,评估了其结构差异、催化性能和纳米封闭催化机理。还结合机器学习提出了纳米限域催化宏观结构的未来策略,为该技术的可行性和未来研究方向提供了关键信息。本综述旨在提高学术界对纳米限域催化宏观结构在 AOPs 领域应用的兴趣,为纳米限域催化宏观结构在 AOPs 领域的规模化应用提供重要的技术可行性。


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