技术创新，是企业⽣存和发展的基本前提；加⼤技术交流⼒度，可增强企业发展动⼒，是企业保持创造力的保障。近日，经吉环协理事会成员集思广益，决定举办吉林省环境保护产业协会环保大讲堂——专委会及专家库技术宣讲系列活动，以图文、视频作品分享这一便捷高效的形式，将有价值的科技信息成果进行有效流通，以开拓思路、激发灵感、汲取经验，更好的解决实际问题。

本次活动将通过协会公众号、网站进行推广，也欢迎各单位、个人踊跃投稿、积极互动。愿每一次的思维碰撞，都迸发出智慧的火花；珍视每一次的技术交流，携手并进让我省的环保事业大放异彩！

这一期，为我们进行技术分享的是吉林省环境保护产业协会专家库专家吉林建筑大学市政与环境工程学院——林英姿院长。

吸附和原位催化降解：催化剂在环境治理中的关键作用

引言

近年来，环境污染问题日益突出，而催化降解技术作为一种有效的环境治理手段受到了广泛关注。在这一领域，吸附和催化降解被认为是一对不可分割的双子星。本文将就这一主题展开综述，探讨吸附和原位催化降解在环境治理中的应用、机制以及未来的发展方向。

1.吸附在环境污染治理中的作用

吸附作为一种物质通过表面吸引和保持其他物质的过程，在环境污染治理中发挥着重要作用。吸附材料的选择和设计对于高效吸附污染物至关重要。例如，活性炭、氧化物和有机高分子材料等被广泛用于水和大气中有机和无机污染物的吸附。吸附不仅可以高效地去除污染物，还可以通过表面的功能化实现对特定污染物的高选择性吸附。

  

图1 负载氧化锰的生物炭(Liao et al., 2023)对四环素的选择性吸附（上）TiO₂纳米片(Li et al., 2020)对环丙沙星的选择性吸附

2.原位催化降解的原理与应用

原位催化降解是一种在目标物质受到催化剂作用下，通过催化剂表面上的活性位点发生催化反应，最终实现目标物质降解的技术。这一技术在污水处理、大气净化等领域取得了显著成果。常见的催化剂包括金属氧化物、过渡金属催化剂、纳米材料等。例如，过渡金属催化剂可通过氧化还原反应降解有机物，实现对有毒废物的高效处理。

 

图2 贫电子的Cu中心和富电子的Bi中心对酚类化合物的选择性降解（左）(Xie et al., 2019)，WS2对Fe（II）/ PMS系统对四氯苯酚降解的共催化作用（右）(Luo et al., 2021)

3.吸附与原位催化的协同作用

吸附和原位催化并非相互独立，它们在一些环境治理应用中常常发挥协同作用。催化剂的引入可以改变吸附材料的表面性质，增强其吸附性能。同时，被吸附的污染物在催化剂表面上可以发生降解反应，实现高效的污染物处理。这种协同作用不仅提高了环境治理的效率，还为新型复合材料的设计提供了思路。将吸附材料与催化剂结合，构建复合材料，以实现吸附和催化降解的协同作用。这种复合材料在处理水中复杂污染物时表现出卓越的性能。比如，活性炭与过渡金属催化剂的复合体系，既能高效吸附有机物，又能通过催化降解将其转化为无害产物。

原位催化降解技术作为一种高级水处理手段，为水体中难降解有机物和重金属等问题提供了可行解决方案。

迄今为止，吸附和原位催化已被应用到多种污染物的实际处理当中，例如Kanita Jumnong(Jumnong et al., 2023)将ZnO掺入可生物降解聚合物，实现了对亚甲基蓝的吸附和降解。高慧慧等(Gao et al., 2023)将磁性Fe3O4 颗粒负载到羟基化多壁碳纳米管（MWCNTs）上，对双酚A和对氯苯酚的去除率分别高达88%和66%，表明复合材料是一种经济、稳定、高效的去除溶液中双酚A和对氯苯酚的材料。王东波等(Wang et al., 2018)通过比较三种基于Fe的MOF（即Fe-MIL-101，Fe-MIL-100和Fe-MIL-53），发现Fe-MIL-101表现出最好的四环素去除性能，其中去除了96.6％的四环素类抗生素。

 

4.挑战与展望

尽管吸附和原位催化降解在环境治理中表现出巨大潜力，但仍然存在一些挑战。其中包括催化剂的寿命、吸附材料的再生问题、复杂环境下的实际应用等。未来的研究方向包括开发高效、稳定的催化剂，设计可循环利用的吸附材料，以及深入研究吸附与催化降解的协同机制。

5.结论

吸附和原位催化降解作为环境治理的重要手段，通过其高效、选择性的特性在处理水、大气和土壤污染等方面展现出了显著优势。深入理解吸附和催化降解的机制，发展新型催化剂和吸附材料，将有助于进一步推动这一领域的研究与应用，为构建清洁、可持续的环境治理体系提供有力支持。

参考文献

Gao, H., Han, X., Wang, R., Zhu, K. and Han, R.  2023.  Adsorption and catalytic degradation of bisphenol A and p-chlorophenol by magnetic carbon nanotubes. Environ Res 231(Pt 3), 116314.

Jumnong, K., Kongseng, P., Maijan, P., Suwanboon, S. and Chantarak, S.  2023.  Double-function ZnO/starch biodegradable hydrogel composite for methylene blue adsorption and photocatalytic degradation. International Journal of Biological Macromolecules 253, 127533.

Li, L., Zheng, X., Chi, Y., Wang, Y., Sun, X., Yue, Q., Gao, B. and Xu, S.  2020.  Molecularly imprinted carbon nanosheets supported TiO2: Strong selectivity and synergic adsorption-photocatalysis for antibiotics removal. Journal of Hazardous Materials 383, 121211.

Liao, X., Chen, C., Liang, Z., Zhao, Z. and Cui, F.  2023.  Selective adsorption of antibiotics on manganese oxide-loaded biochar and mechanism based on quantitative structure–property relationship model. Bioresource Technology 367, 128262.

Luo, H., Zhou, X., Guo, X., Fang, Z., Chen, Q. and Zhou, J.  2021.  WS2 as highly active co-catalyst for the regeneration of Fe(II) in the advanced oxidation processes. Chemosphere 262, 128067.

Wang, D., Jia, F., Wang, H., Chen, F., Fang, Y., Dong, W., Zeng, G., Li, X., Yang, Q. and Yuan, X.  2018.  Simultaneously efficient adsorption and photocatalytic degradation of tetracycline by Fe-based MOFs. J Colloid Interface Sci 519, 273-284.

Xie, Z., Zhou, J., Wang, J., François-Xavier, C.P. and Wintgens, T.  2019.  Novel Fenton-like catalyst γ-Cu-Al2O3-Bi12O15Cl6 with electron-poor Cu centre and electron-rich Bi centre for enhancement of phenolic compounds degradation and H2O2 utilization: The synergistic effects of σ-Cu-ligand, dual-reaction centres and oxygen vacancies. Applied Catalysis B: Environmental 253, 28-40.