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清華大學環(huán)境學院2019年6月21日電（通訊員 魏卡佳）6月18日，清華大學環(huán)境學院張瀟源課題組在環(huán)境領域權威期刊“Environmental Science & Technology”(IF 7.149)上發(fā)表題為《基于鎳誘導碳-氧化鋁復合骨架的高效臭氧催化劑：結構與性能研究》（Ni-induced C-Al2O3-framework (NiCAF) Supported Core-multishell Catalysts for Efficient Catalytic Ozonation: A Structure-to-performance Study）的研究論文，并被選為當期封面（Front Cover）。該文通訊作者為清華大學環(huán)境學院張瀟源副教授，第一作者是環(huán)境學院博士后魏卡佳，其他作者還包括環(huán)境學院黃霞教授、梁鵬副教授、曹效鑫博士和碩士生顧婉聰。

圖1 ES&T期刊封面：June 18, 2019, Volume 53, Number 12

圖2 從實驗室設計、機理研究、規(guī)模制備到實際廢水深度處理應用

我國是煤化工大國，近年來，以煤氣化為代表的新型煤化工快速發(fā)展，但是煤化工廢水存在處理難度大、難回用、費用高的難題，造成嚴重的環(huán)境壓力。

為解決此難題，張瀟源團隊在國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學基金面上項目和環(huán)境模擬與污染控制國家重點聯合實驗室專項基金的經費支持下，多年潛心研究，構建碳鋁復合載體金屬催化劑，開發(fā)了高效穩(wěn)定的臭氧催化劑制備和高級氧化技術，并開展長達120天的煤氣化實際廢水連續(xù)試驗，取得了良好的出水效果，出水指標遠優(yōu)于國家標準，相較傳統臭氧氧化提升120%的臭氧利用率（圖2），節(jié)約75%的運行能耗。該項研究解決了傳統臭氧高級氧化技術性能和穩(wěn)定性的問題，可為煤化工廢水和其他同類工業(yè)廢水的污染控制和回用提供了新的解決思路。
 

同林3S-A3臭氧發(fā)生器（Tonglin 3S-A3）

論壇摘要 

       在催化臭氧化過程中，Al 2 O 3負載的催化劑通常具有穩(wěn)定的結構但表面活性相對較低，而碳載催化劑則相反。為了促進它們的協同作用，我們設計了一種Ni誘導的C-Al 2 O 3框架（Ni CAF）并用Cu-Co雙金屬加強它以產生具有核 - 多殼結構的有效催化劑（CuCo / Ni CAF）。與Ni晶體相鄰的碳的部分石墨化在催化劑表面上形成強外殼。CuCo / Ni CAF 總有機碳去除速率常數（0.172±0.018 min -1）比Al 2 O 高67％和310％分別為3-載體催化劑和Al 2 O 3。CuCo / Ni CAF 上的金屬有助于催化臭氧化過程中的表面介導反應，而嵌入的碳增強了固 - 液邊界層和本體溶液中的反應。此外，與Al 2 O 3負載的催化劑相比，碳嵌入使得·OH-生產效率提高76％，有機吸附能力提高86％。在長期處理煤氣化廢水（~5 m 3 day -1）期間，CuCo / Ni的中試規(guī)模示范CAF-催化臭氧化揭示了臭氧的利用效率（ΔCOD/ΔO增加120％3相比，純臭氧化（0.96）的= 2.12）。這些發(fā)現突出了Ni CAF 上支持的催化劑，作為實現高催化活性和優(yōu)異結構穩(wěn)定性的簡便有效方法，證明它們在實際應用中非常可行。