近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员刘富团队联合香港大学教授汤初阳团队，成功研发出“限域催化超滤膜”技术体系，在催化膜关键技术及应用方面获得突破，实现废水从“处理排放”向“资源回用”的根本转变，有望解决我国超大型煤化工废水零排放和分盐资源化的世界性难题。
相关研究成果日前发表于《应用催化B:环境与能源》。
安全水源和清洁水是联合国可持续发展目标之一。尤其在我国，煤化工、石油化工、天然气化工占据能源消费结构的60%以上，这类产业的绿色低碳转型和清洁高效利用面临重大瓶颈，其中煤制气项目产生的大量难降解有机物（如烃类、酚类等）及高浓度盐溶液，常规处理技术难以破解，成为行业发展的关键制约。
研究团队在前期探索中首次提出“时空限域催化膜”新概念，从时间（活性氧寿命与污染物停留时间）和空间（孔道尺寸与活性氧扩散距离）两个维度，系统建立扩散-反应动力学模型，为催化膜的定向设计提供了理论基础。
近期，他们在原子级催化分离膜方面再次取得进展，开发出具有超高原子利用效率的创新性双原子催化膜，可实现绿色氧化剂过氧乙酸的高效活化。
该膜通过在纳米限域孔道内强化传质过程，取得了突破性性能指标：水通量每平米每小时超过350升/巴，反应速率常数高达8760每分钟，金属浸出量小于10微克/升，其综合性能远超现有原子/团簇基催化膜，这意味着，双原子催化膜不仅更快、更干净，而且更安全、更稳定。
刘富对《中国科学报》表示：“限域催化超滤膜技术如同给水处理系统装上‘智能芯片’。微污染物在限域空间内被精准‘锁捕’并转化去除。”
目前，这项技术当前正依托浙江能源集团下属全球最大的煤制气项目的废水资源化工程，通过催化膜产品的放大和初步验证。按后续推广计划，该技术在国内自来水厂及饮用水、印染及煤化工工业废水等领域的日处理水量预计将突破1000万吨/天。
成果原理图。受访者供图
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2025.125900
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