报告题目： 面向废水处理与可持续产氢的功能纳米材料界面工程
报告人：Tariq ALI 博士后 (汕头大学)
时间：2026年4月22日17:30
地点：工北-310会议室
摘要：
工业废水处理以及将废弃污染物资源化转化为有用产品，正成为可持续环境工程领域的一个新兴方向。然而，传统处理技术常常存在处理效率有限、选择性较差和能耗较高等问题，尤其是在处理复杂印染废水和富含尿素的废液时更为突出。在此背景下，本研究围绕纳米结构杂化催化剂的设计与应用展开，重点探索其在纺织废水光催化脱色和含尿素介质电化学制氢中的作用。
首先，通过一步水热法合成了 CoAl-LDH/CoOx 异质结构，并将其用于光催化染料降解以及 UV/H2O2 辅助真实纺织废水处理。该催化剂对模型染料表现出较强活性，在紫外光照射 100 min 内，对初始浓度为 5 mg L−1 的甲基橙去除率约达到 98%，对初始浓度为 100 mg·L−1 的刚果红几乎实现完全降解。在真实纺织废水处理中，UV/H2O2/催化剂体系在 120 min 内实现了约 80% 的 ADMI 色度去除率，并且在连续五次循环使用后仍保持稳定活性。其性能提升与界面电荷转移效应、增强的电荷分离以及 h+ 和 O2•− 活性物种的主导参与密切相关。
其次，构建了 II 型 TiO2/CoAl-LDH 异质结，以进一步提升 H2O2 辅助 UV 对复杂印染废水的脱色性能。TiO2 与 CoAl-LDH 匹配的能带结构促进了光吸收并抑制了电子-空穴复合，从而实现了对酸性品红、甲基橙及真实印染废水的快速降解。在优化条件下，TiO2/CoAl-LDH + H2O2 + UV 体系的处理效果优于单独的 UV/H2O2 或催化剂/H2O2 体系，其中 H2O2 的最佳浓度为 40.8 mM，且反应初期符合准一级反应动力学。光谱和电化学分析表明，该异质结改善了界面电子传输；同时，自由基捕获实验确定超氧自由基为主导氧化活性物种。
第三部分中，废水处理的概念由污染物降解进一步拓展到通过尿素辅助水电解实现废水资源化。采用先在泡沫镍上水热生长 Ni3S2 纳米片、后进行 Fe 电沉积的方法，制备了自支撑 Fe–Ni3S2/NF 双功能电极。Fe 改性后的电极表现出更优异的析氢反应（HER）和尿素氧化反应（UOR）活性，在较低过电位下即可达到 10、50 和 100 mA·cm−2 的电流密度，并使对称尿素电解槽分别在 1.58、1.74 和 1.86 V 下运行。该体系表明，含尿素废液可以被转化为一种具有附加值的原料，用于低能耗制氢，从而将污染物治理与清洁能源生产相结合。
综上，基于层状双氢氧化物、金属氧化物和过渡金属硫化物构建的纳米结构杂化催化剂，在废水处理和废水制氢应用中均显著优于传统材料。本研究为循环型、可持续的水环境工程提供了更广阔的思路。
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汕头大学土木工程博士后科研流动站
2026年4月21日
