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隨著工業(yè)的快速發(fā)展和人口的迅速增長，各種工業(yè)廢水和生活污水的產(chǎn)生量及排放量日益增加。這些廢水中含有大量有害且難降解的有機化合物，引發(fā)了嚴重的水污染問題，不僅減少了可利用的水資源，并且威脅人類和其他生物的健康及生命安全。面對日益嚴峻的水污染問題，開發(fā)新型高效的水處理技術(shù)具有重要的意義。電場強化膜過濾技術(shù)是一種將膜分離與電化學氧化耦合于一體的新型水處理技術(shù)，由于其兼具膜分離和電化學氧化的優(yōu)點，受到了研究者們的廣泛關(guān)注。然而目前報道的活性導電膜材料普遍面臨生產(chǎn)成本高、制備工藝復雜等問題，限制了其大規(guī)模生產(chǎn)和應用。近期，遼寧省“興遼英才計劃”高水平創(chuàng)新團隊、大連市重點領(lǐng)域創(chuàng)新團隊和大連理工大學煤炭清潔高效利用團隊王同華教授開發(fā)了一種低成本自粘結(jié)煤基導電炭膜（CCM），圍繞CCM的性能優(yōu)化，微結(jié)構(gòu)與性能的構(gòu)效關(guān)系以及電場強化處理有機廢水的應用等領(lǐng)域開展了一系列研究工作，并取得了一些創(chuàng)新性的研究成果，相關(guān)成果發(fā)表在Chemical Engineering Journal、Separation and Purification Technology 和Journal of Membrane Science等化工領(lǐng)域的權(quán)威期刊上。

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以廉價的不同種類粘結(jié)性煤為原料，借助于它們自身的粘結(jié)特性，通過對不同煤種配比和工藝配方的優(yōu)化與調(diào)控，制備出高強度、結(jié)構(gòu)均勻、性能優(yōu)異的自粘結(jié)煤基導電炭膜（CCM）；并以典型有機物為目標污染物，考察了CCM在電場強化下對有機廢水的處理性能。相關(guān)工作以“Low-cost electrochemical filtration carbon membrane prepared from coal via self-bonding”為題發(fā)表在化工領(lǐng)域的權(quán)威期刊Chemical Engineering Journal 385 (2020) 123928，并被期刊評選為Featured article進行重點報道。論文鏈接為：https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.123928。

此外，研究發(fā)現(xiàn)CCM的原料本身不具備導電性能，而經(jīng)高溫炭化制備得到的CCM具有良好的導電性能和電化學性能。針對這一現(xiàn)象，該團隊借助現(xiàn)代儀器分析技術(shù)，系統(tǒng)研究了在炭化過程中CCM的結(jié)構(gòu)、導電性能和電化學性能演變的規(guī)律，深入討論了CCM的炭結(jié)構(gòu)與導電性能、電化學性能的內(nèi)在聯(lián)系，提出了炭化過程中CCM的炭結(jié)構(gòu)演變模型，揭示了影響其導電性能和電化學活性的內(nèi)在因素。此外，研究了CCM的電化學氧化特性，并采用酸法處理的方式脫除CCM中的礦物組分，考察了礦物質(zhì)對CCM電化學氧化性能的影響，揭示了CCM的電化學氧化作用機制。相關(guān)工作以“Electrochemical filtration carbon membrane derived from coal for wastewater treatment: Insights into the evolution of electrical conductivity and electrochemical performance during carbonization”為題發(fā)表于Separation and Purification Technology 247 (2020) 116948上（https://doi.org/10.1016/j.seppur.2020.116948）。

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基于上述工作，該團隊開發(fā)了一種電場強化煤基炭膜反應器，將膜分離與電化學氧化進行耦合，應用于多種典型有機廢水的處理。系統(tǒng)研究了CCM對不同有機污染物的處理性能和作用機制，提出了相關(guān)的降解途徑，評價了該水處理體系的經(jīng)濟性。相關(guān)的系列工作分別發(fā)表于Separation and Purification Technology 227 (2019) 115695；Colloids and Surfaces A 540 (2018) 186–193；Separation and Purification Technology 179 (2017) 175–183；Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects 506 (2016) 629–636和Separation and Purification Technology 168 (2016) 47–56。

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為了進一步提升CCM的水處理性能，該團隊設計開發(fā)了一種動態(tài)電化學沉積技術(shù)，成功地將CuO 米粒子均勻地沉積在CCM的表面和孔壁上，制備出了CuO/炭電催化膜。以有機小分子(羅丹明B、苯酚、雙酚A和阿莫西林)和乳化油為目標污染物，分別考察了CuO/炭電催化膜對于尺寸小于和大于膜孔的污染物的去除性能。研究發(fā)現(xiàn)，所制備的CuO/炭電催化膜具有更優(yōu)的電化學性能和水處理性能，并且展現(xiàn)出明顯的節(jié)能優(yōu)勢。相關(guān)工作以“High-performance electrocatalytic microfiltration CuO/Carbon membrane?by facile dynamic electrodeposition for small-sized organic?pollutants removal”發(fā)表在Journal of Membrane Science 601 (2020) 117913上（論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.memsci.2020.117913）。

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由于在煤基導電炭膜處理有機廢水領(lǐng)域突出成果，王同華教授受邀在Chemical Engineering Journal期刊上撰寫了題為“Membrane technology coupled with electrochemical advanced oxidation processes for organic wastewater treatment: Recent advances and future prospects”的專題綜述（Chemical Engineering Journal 376 (2019) 120909），該工作中系統(tǒng)地總結(jié)了膜分離技術(shù)與電化學高級氧化技術(shù)的耦合過程的相關(guān)研究現(xiàn)狀，并作出了相應的展望。論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.01.188。

上述研究工作獲得到了國家自然科學基金、遼寧省“興遼英才計劃”項目、大連市重點領(lǐng)域創(chuàng)新團隊支持計劃、大連理工大學煤炭清潔高效利用團隊的支持。