大連化物所開發(fā)新型減污降碳催化氧化技術(shù)

　　【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，大連化物所節(jié)能與環(huán)境研究部廢水處理工程研究組(DNL0902組)孫承林研究員和衛(wèi)皇曌研究員等在廢水催化氧化研究方面取得新進展，開發(fā)了新型減污降碳催化氧化技術(shù)。
 

　　高濃度有機廢水組分復(fù)雜、濃度高、毒性大，常規(guī)生化法難以處理，作為危險廢物，其處理成本高達4000至12000元/噸。催化濕式氧化法 (CWAO) 具有清潔高效，運行成本低等特點，可解決企業(yè)面臨的環(huán)保瓶頸問題。其中，催化劑是CWAO的核心，如何通過催化劑結(jié)構(gòu)與性能的構(gòu)效關(guān)系，揭示CWAO催化氧化機制，研制出高穩(wěn)定性、高性能的催化氧化催化劑，建立催化過程智能控制，是該領(lǐng)域研究中面臨的核心科學(xué)問題。
 

　　針對上述問題，孫承林團隊以“通過對CWAO催化劑進行微納結(jié)構(gòu)調(diào)控以實現(xiàn)其特定功能”為主要研究方向，直接地把科學(xué)發(fā)現(xiàn)同產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)系在一起，以“催化劑壽命—催化機制—工程過程控制”為研究主線，圍繞國際上前沿的催化材料，并結(jié)合國內(nèi)企業(yè)需求，發(fā)展了新型催化劑改性方法及工程應(yīng)用裝備。
 

　　團隊研發(fā)出了限域型廢水催化氧化催化劑：通過構(gòu)建催化劑顆粒表面納米空間限域?qū)拥牟呗裕岣吡舜呋瘎┍砻娴幕钚匝?Reactive oxygen species , ROS)利用率，從而強化催化氧化反應(yīng)。團隊構(gòu)建的超結(jié)構(gòu)限域催化劑Ni(2.8)-NCNT/CB在進行間甲酚污染物的氧化降解過程中，實現(xiàn)了8分鐘內(nèi)近100%的去除效果，與傳統(tǒng)單原子催化劑Ni(2.8)-NCNT(20分鐘，65%去除率)相比，其去污效率大幅提升。結(jié)合電子順磁共振譜(EPR)和電化學(xué)測試等測試表征方法，研究發(fā)現(xiàn)催化劑表面的納米管陣列結(jié)構(gòu)構(gòu)成的限域空間對催化反應(yīng)起到至關(guān)重要的促進作用。該研究為提高催化氧化降解污染物效率及降低氧化劑投加量提供了新的催化劑設(shè)計思路。
 

　　此外，孫承林團隊基于在CWAO技術(shù)上多年積累的經(jīng)驗，采用上述新型催化劑，解決了傳統(tǒng)芬頓氧化技術(shù)產(chǎn)生大量鐵泥危廢的難題，并可制備出優(yōu)質(zhì)復(fù)合碳源。2022年3月18日，在中兵節(jié)能環(huán)保公司的牽頭組織下，孫承林團隊與華錦聯(lián)合石化形成產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同創(chuàng)新體。團隊與中兵節(jié)能環(huán)保公司共同制定試驗方案并開展小試中試研究，2022年9月30日，完成小試研究。2023年4月，團隊與中兵節(jié)能環(huán)保公司、大連科鐸環(huán)境合作，針對蒽醌法制雙氧水生產(chǎn)廢水完成中試試驗，實現(xiàn)了危廢鐵泥產(chǎn)量降低95%以上，運行費用降低45%以上，具備工業(yè)化放大條件。
 

　　文中相關(guān)理論研究工作以“Space-Confined Surface Layer in Superstructured Ni-N-C Catalyst for Enhanced Catalytic Degradation of m-Cresol by PMS Activation”為題，發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces上，該工作的第一作者為我所DNL0902組靳承煜博士。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、中科院A類先導(dǎo)專項“變革性潔凈能源關(guān)鍵技術(shù)與示范”、中科院青促會等項目的支持。(文/衛(wèi)皇曌、于永輝、靳承煜 圖/靳承煜、董帥)