Temporospatial Confined Catalytic Membranes with Controlled Diffusion-Reaction for Ultrafast Water Purification

膜 催化作用 扩散 化学 化学工程 饮用水净化 水处理 环境化学 色谱法 环境科学 环境工程 有机化学 热力学 工程类 生物化学 物理
作者
Na Lu,Haibo Lin,Jianqiang Wang,Qiu Han,Fu Liu,Chuyang Y. Tang
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:59 (31): 16731-16742 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acs.est.5c04008
摘要

Catalytic membrane is an appealing technology for eliminating refractory organic pollutants in comparison to conventional advanced oxidation methods. However, the application of this technology is constrained by the trade-off between membrane permeability and reactivity. Herein, we prepared a tubular macroporous catalytic membrane (MCM), which activated peroxymonosulfate to produce dominant singlet oxygen ( 1 O 2 ) and hydroxyl radicals ( • OH) in the macropore channel (∼130 nm). The optimized MCM membrane demonstrated catalytic filtration performance far beyond the state-of-the-art, achieving >99% degradation of antibiotics, dyes, and phenolic compounds while simultaneously exhibiting ultrafast permeance (645.3 L m –2 h –1 bar –1 ). For the first time, we reveal the spatial distribution of shorter-lived • OH and long-lived 1 O 2 in the macropore channel via a diffusion-reaction kinetic model, which provides fundamental insights into how these two reactive oxygen species work synergistically to offer opportunities for breaking the permeability–reactivity trade-off. Furthermore, the MCM achieved robust and stable removal of total organic carbon for a real high-salinity wastewater, verifying its practical potential for treating refractory organics.
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