近年来，抗生素的滥用和不当排放对水生动物和人类健康构成了巨大威胁。压电催化是一种新兴的高级氧化技术，具有不依赖光能和不添加氧化剂等优点，已成为一种应用于天然水体中抗生素降解的新兴技术。然而，由于缺乏高效的能量收集和转换材料，导致管道系统和自然环境中的水流能量被忽视。为降低水处理过程的能耗，寻找一种有效利用自然环境中水流能量且绿色环保、低成本的废水处理方法势在必行。
近日，化工学院孟凡庆副教授在压电催化降解抗生素废水研究领域取得新进展。报道了利用环境中的清洁能源处理水中有机污染物的可持续途径。以改性压电聚合物聚偏氟乙烯（PVDF）为出发点，通过相转化方法，将金属氧化物纳米粒子掺杂到PVDF基体，促进PVDF额外结晶和自极化产生压电活性β相，显著提升了PVDF的压电性能（图1）。
图1 复合压电材料的压电性能
制备了一种新型压电PVDF基改性管道材料，建立了以水流驱动的压电催化体系（图2a），该体系从水流中收集能量，并将机械能转化为电能，在超低流速下实现了水中四环素和诺氟沙星的高效氧化降解，去除率超过90%。该管道体系对初始溶液pH、盐度和水质等均具有较宽的适应性。重要的是，该系统压电催化过程的能耗EE/O仅为传统超声处理的12.7%。理论计算和表征结果表明，超高的压电催化效率源于纳米粒子和PVDF的耦合效应。∙O2-和∙OH是降解抗生素的主要活性物种，能够将抗生素分子彻底降解为小分子化合物、H2O和CO2（图2b）。以上研究为利用自然水流能去除抗生素提供了一种有前景的方法，对高效、环境友好地降解水中的有机污染物具有重要的指导意义。
图2 （a）水流动力驱动压电催化体系；（b）四环素压电催化降解途径
相关研究成果发表在以下期刊：环境科学领域国际顶级期刊Applied Catalysis B: Environmental（SCI一区TOP期刊，IF=22.1），DOI: doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.122655，化学工程领域顶级期刊Chemical Engineering Journal（SCI一区TOP期刊，IF=16.7），DOI: doi.org/10.1016/j.cej.2023.141409，第一作者为化工学院2021级硕士研究生王敬学，通讯作者为孟凡庆副教授和王英龙教授；能源材料类国际顶级期刊Nano Energy（SCI一区TOP期刊，IF=19.6），DOI: doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.108162，第一作者为化工学院2020级硕士研究生王子晨，通讯作者为孟凡庆副教授和朱兆友教授；
以上研究获得了国家自然科学基金和山东省自然科学基金等项目的资助。
