近日，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所的研究团队在环境水处理领域取得重大突破。该团队成功研发出一系列基于MXene纳米片的催化膜，能够有效降解制药废水中的抗生素，同时将处理成本大幅降低超过30%。这项研究成果已发表于《危险材料杂志》和《化学工程杂志》，为行业解决高成本、低效率的废水治理难题提供了全新思路。
膜基催化氧化技术虽在去除水中新兴污染物方面展现出巨大潜力，但在工业化推广中仍面临诸多瓶颈。传统技术中，催化剂易从膜中流失，活性位点易被污染物堵塞（即“膜污染”），且难以平衡膜分离与氧化动力学之间的竞争需求。此外，高昂的材料成本和复杂的制备工艺也限制了其大规模应用。针对这些痛点，研究团队充分利用了MXene纳米片独特的结构可调性。MXene是一类具有可调节表面化学性质的二维过渡金属碳化物和氮化物，团队将其与微滤膜制备工艺相结合，设计出了多功能类芬顿催化膜。
在制备工艺上，研究人员采用了非溶剂致相分离法（NIPS）。该方法能够将金属基催化剂均匀分散在聚偏二氟乙烯（PVDF）基底上，并牢固锚定。这种创新的膜结构有效抑制了催化剂的团聚，增强了催化层与聚合物支撑体之间的界面结合力，从而显著提升了膜的稳定性、抗污染性能和渗透通量。团队利用该技术制备了多种膜变体，包括Fe3O4/Ti3C2Tx@PVDF、CoAl-LDH/Ti3C2Tx@PVDF以及Cu2O/Ti3C2Tx@PVDF等配置，并成功实现了中空纤维和平膜两种形态的制备。当这些催化膜在结合类芬顿氧化与膜分离的耦合系统中运行时，能够高效去除水中的抗生素。
基于上述成果，研究团队进一步开发了一套集成处理工艺，将膜生物反应器（MBR）与催化膜反应器相结合。在针对真实制药废水的测试中，该组合系统实现了对抗生素、总有机碳、悬浮固体和氨氮的高效去除。项目成员谢超博士表示：“该工艺使处理成本降低了30%以上，不仅展现了强劲的技术性能，更带来了清晰的经济效益。”这一成果为处理高化学需氧量（COD）的难降解工业废水提供了新方案，也突显了催化膜技术在大规模环境应用中的巨大潜力。