阳光下有机超分子光催化剂处理废水的研究进展

难降解有机污染物，包括酚类、全氟化合物和抗生素，在化工、制药、焦化和印染等各种工业废水流以及市政和家庭废水中含量丰富。这些污染物对生态福祉和人类健康构成重大威胁。

彻底去除水中的有机污染物并促进水循环利用对于提高环境质量和确保可持续的经济和社会进步至关重要。解决水中难降解有机污染物的高效去除不仅是环境化学污染控制研究的重点，也是制约工业废水回用的关键技术挑战。

高级氧化工艺(AOP)，特别是非均相AOP，产生强活性氧，包括·OH、·O2-和·SO4-，可在环境条件下氧化有机污染物，是分散系统中颇具吸引力的废水处理技术。AOP通常需要过多的能量输入(紫外光或电)来激活可溶性氧化剂(H2O2、O3、过硫酸盐)，因此迫切需要更具成本效益的AOP。

由于易于分离和利用太阳光，多相光催化正在成为解决环境问题的可持续且有前景的AOP策略。

广泛使用的无机光催化剂表现出强大的稳定性和高效的矿化活性。然而，它们的宽带隙限制了阳光吸收范围，并且对有机污染物的低吸附能力共同损害了污染物光降解的整体效率。

相比之下，以gC3N4为代表的有机半导体由于其高表面积和大量的π-π堆积而具有扩展光谱利用和优异吸附能力的优点。然而，它们的利用受到光激发时产生高结合能弗伦克尔激子的阻碍，阻碍了长寿命光生电子的分离和空穴效率。

有限的载流子分离效率显着降低了有机光催化剂的光降解活性。这些光催化剂的浅价带位置也限制了它们的矿化效率。此外，与现有的芬顿或类芬顿工艺等废水处理方法相比，光催化技术的处理能力往往较低，明显达不到工业化的要求。

近日，清华大学朱永发教授领导的研究团队基于光催化废水处理的相关科学问题，总结了利用有机光催化剂降解污染物的进展，以推动光催化水处理的实际应用，并为光催化水处理的实际应用提供了参考。供该领域研究人员参考。

首先，他们开发了新型超分子和聚合物有机光催化系统以提高光利用效率。他们通过调节单体结构对能带位置的影响，将吸收范围扩大到近红外区域，实现了太阳光下的矿化。

其次，他们揭示了偶极子和晶序在调节内置电场中的作用，使电荷能够从本体有效迁移到表面，从而显着提高污染物的降解和矿化率。

最后，他们建立了一种有机污染物光自芬顿高通量矿化的新方法，以提高光降解的处理能力并克服芬顿方法的局限性。新系统将光催化氧化还原反应原位生成H2O2与原位Fenton反应协同结合，无需额外氧化剂即可实现可见光下的高通量矿化，从而将污染物矿化率从30%提高到90%以上。