近日，溫州大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院黃先鋒副教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在國(guó)際著名期刊《Journal of Cleaner Production》(SCI 一區(qū)TOP 期刊，IF = 11.1)上發(fā)表題為“A novel multifunctional cell coupled by electrodialysis and electrocatalysis for seawater desalination, wastewater decontamination and H₂O₂ production”的論文。

近年來(lái)，電化學(xué)高級(jí)氧化工藝（EAOPs）因其能夠高效降解化工廢水、制藥廢水、電鍍廢水等工業(yè)廢水中的多種難降解有機(jī)污染物而受到越來(lái)越多的關(guān)注。但其在工業(yè)廢水中的應(yīng)用仍然受到電極活性和穩(wěn)定性低、電流效率低、能耗高等限制。因此，部分研究者提出采用耦合工藝（如：光電催化、電催化過(guò)硫酸鹽活化和電芬頓等）來(lái)提高EAOPs效率，以更好地應(yīng)用于廢水處理。然而，這些耦合工藝需要額外的化學(xué)藥劑或輔助能源，從而增加了處理成本。

海水作為沿海地區(qū)的重要水資源，其鹽度通常高于工業(yè)廢水，兩者之間存在著鹽差能。此外，海水中富含氯化鈉，其中高濃度的氯離子可通過(guò)析氯反應(yīng)提高對(duì)污染物的降解效果。在本研究中，我們采用高效鉑（Pt）片作為陽(yáng)極，炭黑氣體擴(kuò)散電極作為陰極，建立了電催化-電滲析耦合的三室多功能反應(yīng)裝置（圖1），該裝置陽(yáng)極室可電催化氧化降解污染物，中間室可電滲析海水脫鹽，陰極室可電催化產(chǎn)H₂O₂。對(duì)該耦合工藝性能探究的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，耦合工藝在4 V電壓條件下可實(shí)現(xiàn)70%左右的海水淡化（圖2（a）），90%氨芐西林（AMP，200 mg/L）去除率（圖2（b））和3.2 g/L的H₂O₂產(chǎn)出量（圖2（c）），而且其還對(duì)羅丹明B、尿素、硝基苯、喹啉等多種污染物都具有較高去除能力（圖2（d））。機(jī)理探索表明（圖3），陽(yáng)極室產(chǎn)生的羥基自由基（?OH）和活性氯（RCS）是去除AMP的主要活性物種，?OH和RCS的貢獻(xiàn)率分別為70%和30%；電滲析可以產(chǎn)生0.5 V的內(nèi)電位促進(jìn)電催化反應(yīng)，并提供Cl^-和Na⁺作為電催化過(guò)程的電解質(zhì)；電催化析氯反應(yīng)提高了系統(tǒng)電子傳遞效率，從而提高了對(duì)AMP的去除率和H₂O₂的產(chǎn)出。

圖1 耦合工藝運(yùn)行示意圖

圖2 （a）海水脫鹽率，（b）AMP去除率，（c）H₂O₂產(chǎn)量，（d）不同污染物去除率。反應(yīng)條件：電極室中K₂SO₄ = 0.05 M，[NaCl]₀ = 35 g/L，[污染物]₀ = 200 mg/L。

圖 3 中間脫鹽室中鹽水類(lèi)型（NaCl 或 Na₂SO₄）對(duì)耦合工藝性能的影響：（a）AMP去除率，（b）電流輸出和（c）H₂O₂產(chǎn)生量。（d） DMPO-?OH的EPR譜圖。（e） 淬滅實(shí)驗(yàn)。（f） 總氯和游離氯的濃度。反應(yīng)條件：[AMP]₀ = 200 mg/L，[鹽水]₀ = 35 g/L，電壓 = 4 V。

溫州大學(xué)生環(huán)學(xué)院田海龍博士為論文第一作者，黃先鋒副教授為論文通訊作者。溫州大學(xué)為第一單位和通訊單位。本工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金(52170092和51808406)和浙江省自然科學(xué)基金(LY20E080028)資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.141324