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Mass Transfer‐Enhanced Photothermal Membranes with Synergistic Light Utilization for High‐Turbidity Wastewater Purification

浊度 化学 传质 废水 化学工程 化学需氧量 光热治疗 污水处理 制浆造纸工业 色谱法 环境工程 材料科学 纳米技术 环境科学 生物化学 海洋学 工程类 地质学
作者
Jiangchen Fu,Shaoze Xiao,Jiazhen Cao,Zhiyan Liang,Jiabin Chen,Yue Jiang,Mingyang Xing
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
被引量:7
标识
DOI:10.1002/anie.202421800
摘要

The photo‐Fenton process faces significant limitations in treating high‐turbidity, colored wastewater due to light attenuation and impurity interference (blocked mass transfer). To address these issues, we developed a suspended photothermal Fenton membrane by loading a photothermal catalyst on a hydrophobically modified cotton filter paper, enabling precise suspension 1 mm below the water surface. This design achieved 89.49 % light utilization and high chemical oxygen demand (COD) removal, even in wastewater with extreme chromaticity (10 multiples) and turbidity (703 NTU). The enhanced photothermal conversion accelerated molybdenum co‐catalyzed Fenton reactions and improved peroxymonosulfate (PMS) activation, maintaining over 90 % phenol removal for 15 days. Mechanistic simulations revealed improved mass transfer of reactive oxygen species (ROS) and pollutants at the solid‐liquid interface, with PMS diffusion identified as the rate‐limiting step. The membrane resisted fouling from suspended solids and maintained stable operation in soil‐containing solutions for 10 days. This innovative approach offers an efficient solution for degrading pollutants in dark‐colored, high‐turbidity wastewater, overcoming traditional process limitations.
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