近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所孔令涛研究员团队在水处理催化膜的制备及其工程应用研究上取得重要突破。团队成功开发出系列高性能催化膜，可高效降解抗生素类新污染物，并成功应用于合肥某制药废水的深度处理，展现出良好的技术优势和应用价值。相关研究成果分别以“Interfacial hydrophilicity induced CoAl-LDH/Ti₃C₂T_x@PVDF Fenton-like catalytic filtration membrane for efficient anti-fouling and water decontamination”、“Ultra-low Cu(I) loading achieving ultra-high fouling-resistance and decontamination performance in a self-cleaning Cu₂O/Ti₃C₂T_x@PVDF catalytic membrane integrated system”和“Efficient acetaminophen degradation and advanced treatment of pharmaceutical wastewater by high loading density Fe₃O₄/Ti₃C₂T_x@PVDF catalytic membranes system”为题发表于Journal of Hazardous Materials (J. Hazard. Mater. 2025, 487, 137275、J. Hazard. Mater. 2025,495,138817)和Chemical Engineering Journal (Chem. Eng. J. 2026, 530, 173477）期刊上。此外，还申请发明专利7项，其中6项已获授权。

近年来，膜催化氧化技术在新污染物治理上展现出巨大优势，但仍存在一些不足，如催化剂容易流失、活性位点被掩盖导致催化效率低、膜污染堵塞孔道引起通量衰减、膜分离和氧化速率难以匹配等问题。此外，催化剂成本和制备工艺复杂导致其难以规模化应用等。因此，有必要对催化膜的制备方法及新污染物“分离-氧化”耦合机制进行深入探索。

针对上述问题，研究团队创新性地利用MXene载体片层结构的可调性优势，结合微超滤膜制备技术，成功构建系列多功能类芬顿催化膜。这一创新设计不仅显著提升了膜的稳定性、抗污染性和膜通量，更有效解决了传统膜分离技术在处理高化学需氧量（COD）废水方面的技术瓶颈。通过采用非溶剂致相分离制备技术（NIPs），研究团队成功实现了金属基催化剂在聚偏氟乙烯（PVDF）基底上的均匀分散和稳定锚固，有效抑制了催化剂的团聚，增强了催化剂与基质间的界面结合力，提高了膜的催化性能。在此基础上，团队成功开发出CoAl-LDH/Ti₃C₂T_x@PVDF、Cu₂O/Ti₃C₂T_x@PVDF、La₂O₃/MXene@PVDF和Fe₃O₄/Ti₃C₂T_x@PVDF等系列中空纤维催化膜和平板催化膜，并构建出类芬顿氧化耦合膜分离系统，实现了对水中四环素和对乙酰氨基酚等抗生素类新污染物的高效去除。

基于上述创新成果，研究团队进一步开发出膜生物反应器（MBR）+催化膜反应器（CMR）组合工艺，并在安徽合肥某制药厂废水站的生化尾水处理中成功应用。通过优化催化膜在实际废水中的处理参数，实现了对抗生素、总有机碳（TOC）、固体悬浮物（SS）及氨氮（NH₄⁺-N）等污染物的高效深度去除，为企业节约成本超30%，在处理效果和经济性方面均展现出显著优势。这一创新技术成果为高COD难降解工业废水处理提供了新的解决方案，具有重要的工程应用价值和推广前景。

以上成果的第一完成人为固体所博士后谢超，孔令涛研究员、洪沛东副研究员、李玉莲博士后等为共同通讯作者。上述研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、安徽省科技创新攻坚计划、安徽省自然科学基金，以及企业委托开发横向项目等的资助。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.137275

https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.138817

https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.173477

    发明专利：

ZL202411675840.8、ZL202410417395.9、ZL202410126583.6、ZL202310410711.5、ZL202310419251.2、ZL202511573470.1、CN202310419254.6。

图1. 中空纤维CoAl-LDH/Ti₃C₂T_x@PVDF催化膜及性能

图2. Cu₂O/Ti₃C₂T_x@PVDF催化膜及性能

图3. Fe₃O₄/Ti₃C₂T_x@PVDF催化膜及性能

图4. MBR+CMR工艺对某制药废水尾水深度处理