科技日报记者 王春
通过氧气高效富集，极大提升了氧气利用率，从而大幅降低能耗，这为开发高效低耗的电芬顿水处理技术提供了简单有效的创新策略。北京时间3月7日凌晨，同济大学环境科学与工程学院王颖教授团队的这一研究成果在线发表于国际学术刊物《美国科学院院刊》。
研究成果刊发。受访对象供图
水中有机污染物严重威胁着人体健康和生态环境。论文第一作者、同济大学环境科学与工程学院博士生徐斌成介绍，电芬顿技术是一种常用的高级氧化技术，被广泛应用于废水处理领域。它通过电还原天然氧气产生强氧化性活性氧物种，从而降解水中各种有机污染物，无须投加化学药剂且有望使用可再生能源，在有机废水处理领域展现出巨大的应用前景。然而，由于水中氧气溶解度低且扩散慢，限制了电芬顿技术的处理效率。虽然采用曝气方法可提高氧气供应，但这种方法导致超过75%的电能被曝气消耗，且仅有不到1%的氧气被有效利用。如何提高电芬顿过程的氧气利用率，成为降低能耗的关键问题。
研究成果示意图。受访对象供图
受鱼鳃呼吸过程启发，研究团队提出了“局域氧富集（LOC）”策略，构筑了具有氧气富集效应的阴极，并结合原位电化学表征技术和理论计算方法揭示了局域氧富集机制。与传统电极附近的“简单氧扩散（SOD）”过程不同，电极可直接从本体溶液中持续不断地提取溶解氧到电化学反应界面，从而减少甚至消除曝气需求，氧气利用率提升了11倍以上，电芬顿过程的能耗下降了65%以上。据了解，技术经济分析和连续流实验表明，所提出的“局域氧富集”方法是一种简单、有效的创新策略，为高效节能的电芬顿水处理技术开发提供了新的思路。
