每日之星|我院特聘研究員劉艷彪團隊2019年度在電活性分離膜領域取得系列研究進展

膜分離技術作為一種新型高效的水處理手段在環境領域發揮著舉足輕重的作用🏂🏻。但基於孔徑篩分機製的傳統分離膜已無法滿足日趨嚴格的水質要求。基於此，劉艷彪團隊利用碳材料優異的理化性質（如導電性能優異、比表面積大和成膜性好），構築了電場輔助的新型多功能膜分離體系，充分發揮了碳材料優異的電學特性和耐腐性，實現了電化學和膜分離的有機結合，有效拓展了膜分離技術的應用範圍。  

（1）利用輔助電場對目標汙染物進行價態調控以及同步吸附去除🍣💁🏽‍♀️。例如🧖🏽‍♂️，利用TiO2納米顆粒修飾的碳納米管（CNT）陽極濾膜，可在電場作用下將高毒性三價銻氧化為低毒性五價銻，後者可被TiO2快速吸附📗，見圖1；同樣地，利用TiO2/CeOx對CNT膜進行修飾後🐅，可在電場下將亞磷酸鹽氧化成磷酸鹽，而TiO2和CeOx納米顆粒對磷酸鹽的吸附去除過程也表現出明顯的協同作用機製。此外🧑‍🚒🍆，利用納米級PANI顆粒修飾的CNT陰極濾膜，可將高毒性六價鉻快速還原為低毒性三價鉻，並利用PANI實現了三價鉻的吸附。相關研究成果發表在環境領域著名期刊Environmental Science & Technology (2019, 53, 1527)，Environmental Pollution (2019, 251, 72)和Science of The Total Environment (2019, 695, 133926; 2020, in press)上。

圖1. 基於TiO2-CNT的電活性濾膜體系可同時實現銻（III）的氧化和吸附
copyright (2019) American Chemical Society  

（2）以新型汙染物抗生素及其水解產物為研究對象，利用電場輔助的CNT濾膜實現了目標物分子的快速降解，同時顯著削弱其抑菌性能；在此基礎上👮，通過界面調控手段，實現了二維FeOCl納米催化劑在CNT濾膜上的妥善搭載，從而構築新型高效的電芬頓體系，見圖2。采用的連續流設計可顯著改善系統的對流傳質效能，大幅提高目標汙染物分子的降解動力學過程。此外⚫️，以水體中的氨氮為汙染物，該團隊利用納米SnO2顆粒對CNT陽極膜進行修飾以拓展膜材料的析氧電位。在高電勢下將體系中的[Cl-]轉化為Cl·👩🏼‍🔬，後者可與氨氮發生選擇性反應生成硝酸鹽，而硝酸鹽可進一步在陰極被還原為氮氣👨🏼‍🎤。相關研究成果發表在環境領域著名期刊Applied Catalysis B: Environmental (2020, 260, 118204)，Chemical Engineering Journal (2019, in press)和Chemosphere (2019, 229, 383; 2020, 244, 125525)上。

圖2. 基於FeOCl-CNT的連續流電芬頓體系可實現有機汙染物的快速降解copyright (2020) Elsevier  

（3）為進一步提升濾膜體系的氧化能力‼️，劉艷彪團隊同時將光化學和電化學與膜分離技術進行耦合🚍，構築新型的光電活性濾膜技術🎧。例如🧑🏻‍🤝‍🧑🏻，以光響應型鐵基MOF改性的CNT膜作為陽極🐎，可在光電協同作用下利用光激發產生的h+和OH•等活性物種實現三價銻的脫毒🐁，氧化產物五價銻可被鐵基MOF材料進一步吸附去除🤷🏽，見圖3🗯。類似的概念同樣適用於其他類似有毒重金屬離子（如六價鉻和三價砷）的超快脫毒（t<2秒）。相關研究成果發表在環境領域著名期刊Journal of Hazardous Materials (2019, in press)⚄，Chemical Engineering Journal (2019, minor revision)，Science of The Total Environment (2019, 668, 966)和Chemosphere (2020, in press)上🛥。

圖3. 基於Fe基MOF改性的CNT光電活性濾膜體系可實現有毒重金屬離子超快脫毒
copyright (2020) Elsevier   

劉艷彪博士是我校2017年引進的特聘研究員🈺，新加坡國立大學博士後研究員，哈佛大學訪問學者🛩，2012年博士畢業於上海交通大學🧑🏽‍🏭。現指導博士研究生2人和碩士研究生7人🙋🏽‍♀️，見圖4🚳。入職沐鸣2娱乐以來發表第一/通訊作者SCI論文共計29篇。其中🧑‍🦽‍➡️， I/II區SCI論文共計19篇🙅‍♂️，3篇文章入選ESI高被引論文🙅🏽‍♂️，申請發明專利共計18項，受邀撰寫英文章節4篇，入選上海市浦江人才計劃和松江區拔尖人才計劃🤘🏽。

圖4. 劉艷彪團隊合影