废棉纺织品闭环升级再造为高效臭氧催化剂的策略及其在水净化中的应用

针对废棉纺织品处置难题和印染废水处理挑战，研究人员通过高温热解（800?℃）将废棉转化为具有丰富介孔结构、高石墨化碳含量和缺陷位点的碳基催化剂（WCC800），用于高效催化臭氧氧化（HCO）降解对硝基苯酚（4-NP），其动力学常数（kobs）达0.221?min?1，较商用活性炭（AC）提升11.6%。该技术实现了废棉资源化与废水回用的闭环循环，生命周期评估（LCA）证实其显著降低环境负荷。

　　

纺织工业面临废棉堆积与印染废水污染的双重环境压力。传统填埋或焚烧废棉导致资源浪费和生态破坏，而印染废水中的难降解有机物（如对硝基苯酚4-NP）对常规水处理技术构成挑战。浙江理工大学的研究团队提出创新解决方案：通过闭环热解将废棉转化为高效碳基臭氧催化剂（WCCs），并实现废水回用于染色工艺，相关成果发表于《Bioresource Technology》。

研究采用废棉纺织品为原料，通过400-800℃梯度热解制备碳基催化剂（WCCs），结合场发射扫描电镜（FE-SEM）、拉曼光谱等技术表征材料结构，以4-NP为模型污染物评估催化臭氧氧化（HCO）性能，并通过自由基捕获实验（使用DMPO/TEMP）揭示反应机制。废水回用实验验证处理水质的染色适用性，生命周期评估（LCA）量化环境效益。

结构表征：800℃热解产物（WCC800）具有最优介孔结构（比表面积提升37%）、高石墨化碳含量（I_D/I_G=1.02）和丰富缺陷位点，促进污染物吸附与电子转移。
催化性能：WCC800/O₃体系降解4-NP的k_obs达0.221?min^?1，较AC/O₃提升11.6%，且在高盐度（Na₂SO₄）和腐殖酸（HA）干扰下保持稳定性。
机制解析：表面缺陷位点激活臭氧生成·OH和¹O₂，石墨化碳加速电子传递，介孔结构强化传质与限域效应。
应用验证：处理后的废水满足染色回用标准，色差ΔE<1.5，闭环设计使废棉与废水回收率分别达92%和85%。

该研究开创性地将废棉升级再造与废水处理耦合，WCC800催化剂的高效性、抗干扰性和循环稳定性为工业废水处理提供新思路。生命周期评估显示该工艺可减少纺织品处置过程56%的碳排放，推动纺织行业实现“零废生产”。研究不仅为解决废棉堆积和印染废水污染问题提供技术范式，更通过闭环设计践行循环经济理念，为其他废弃物资源化提供借鉴。