近日，中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究員劉富團隊聯合香港大學教授湯初陽團隊，成功研發出“限域催化超濾膜”技術體系，在催化膜關鍵技術及應用方面獲得突破，實現廢水從“處理排放”向“資源回用”的根本轉變，有望解決我國超大型煤化工廢水零排放和分鹽資源化的世界性難題。
相關研究成果日前發表于《應用催化B:環境與能源》。
安全水源和清潔水是聯合國可持續發展目標之一。尤其在我國，煤化工、石油化工、天然氣化工占據能源消費結構的60%以上，這類產業的綠色低碳轉型和清潔高效利用面臨重大瓶頸，其中煤制氣項目產生的大量難降解有機物（如烴類、酚類等）及高濃度鹽溶液，常規處理技術難以破解，成為行業發展的關鍵制約。
研究團隊在前期探索中首次提出“時空限域催化膜”新概念，從時間（活性氧壽命與污染物停留時間）和空間（孔道尺寸與活性氧擴散距離）兩個維度，系統建立擴散-反應動力學模型，為催化膜的定向設計提供了理論基礎。
近期，他們在原子級催化分離膜方面再次取得進展，開發出具有超高原子利用效率的創新性雙原子催化膜，可實現綠色氧化劑過氧乙酸的高效活化。
該膜通過在納米限域孔道內強化傳質過程，取得了突破性性能指標：水通量每平米每小時超過350升/巴，反應速率常數高達8760每分鐘，金屬浸出量小于10微克/升，其綜合性能遠超現有原子/團簇基催化膜，這意味著，雙原子催化膜不僅更快、更干凈，而且更安全、更穩定。
劉富對《中國科學報》表示：“限域催化超濾膜技術如同給水處理系統裝上‘智能芯片’。微污染物在限域空間內被精準‘鎖捕’并轉化去除。”
目前，這項技術當前正依托浙江能源集團下屬全球最大的煤制氣項目的廢水資源化工程，通過催化膜產品的放大和初步驗證。按后續推廣計劃，該技術在國內自來水廠及飲用水、印染及煤化工工業廢水等領域的日處理水量預計將突破1000萬噸/天。
成果原理圖。受訪者供圖
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2025.125900