近日，广东工业大学环境健康与污染控制研究院、环境科学与工程学院安太成教授团队题为《Fouling of TiO2 induced by natural organic matters during photocatalytic water treatment: Mechanisms and regeneration strategy》的学术论文在Applied catalysis B: Environment（ACB，294(2021)120252）杂志上发表。论文的第一作者为杨雪佳硕士生和孙红卫博士，通讯作者为安太成教授和Wonyong Choi教授。该研究主要关注光催化技术在水相长期运行过程中光催化剂的失活问题，以TiO2为模型光催化剂，研究其在腐殖酸存在下废水处理中的耐久性，同时对失活TiO2再生进行了系统的研究。该研究为解决光催化技术在深度水处理中光催化剂的失活过程和机制提供了基础资料。
论文DOI:https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.120252
光催化去除水体中毒害污染物被广泛研究，但在实际的废水处理的应用过程中经常发生催化剂失活现象，导致污染物去除效率下降。目前关于光催化剂失活的研究大多数关注气固光催化反应体系，而对水相光催化体系鲜有报道。真实水体如地表水、地下水和废水中含有各种复杂的无机和有机成分，如无机离子、天然有机物（NOMs）、生物大分子和微生物等，是导致光催化剂失活的重要潜在诱因，但上述成分对光催化剂失活行为的影响及作用机制缺乏研究。本论文采用经典的UV/TiO2体系为研究对象、采用2,4,6-三氯苯酚（TCP）作为目标污染物、腐殖酸（HA）作为NOMs的代表物质，通过多次循环批次实验，系统地研究了HA存在对TiO2失活的影响机制。通过研究HA的吸附、转化行为，并对失活TiO2的体相和表面性质进行系列表征，发现TiO2在没有HA的纯水中不易失活，但当体系中存在一定浓度的HA时TiO2会逐渐失活，失活速率随HA浓度增加而上升。对照实验表明，HA分子在TiO2表面的吸附只是失活的次要原因，而主要原因是光催化过程中HA降解副产物在催化剂表面的吸附。这些副产物与TiO2表面形成强结合型的表面络合物，占据了光催化剂表面的活性位点，诱导光催化剂TiO2失活。最后，作者采用了不同方法再生失活的TiO2，证明碱液超声洗涤和热处理均是较有效的再生手段。综上，作者认为该研究揭示了水中溶解性天然有机质导致光催化剂严重失活的现象和作用机理，表明其是光催化水处理技术走向应用的重要障碍，而开发抗失活催化剂、引入预处理措施去除天然有机质、发展经济高效的催化剂再生工艺将是解决上述问题的可能途径。
项目资助：该工作得到了国家自然科学基金（22076030，41425015，22076061）和广东省珠江人才计划本土创新团队项目（2017BT01Z032）的资助。
Graphical Abstract：
论文英文摘要
Photocatalysis has been intensively investigated for the removal of pollutants but little attention was paid to the deactivation of photocatalysts during the long-term operation. Herein we used TiO2 as the model photocatalyst to investigate its durability in the presence of humic acid (HA), a ubiquitous constituent of real water. No sign of TiO2deactivation was observed without HA, whereas significant deactivation occurred with HA. Interestingly, the adsorption of intact HA had only a minor contribution to the deactivation, and the major contributing factor was the adsorption of in-situ oxidized HA, which formed surface complexes with TiO2, blocked the active sites, and decreased the efficiency of photogenerated charge transfer. The regeneration of the deactivated TiO2was also systematically investigated. The present study provides basic information that is required to understand and hinder the complex fouling phenomenon that can be serious in photocatalytic treatment of water containing natural organic matters.
