新型處理器件破解污染難題

中國安徽師範大學研究團隊日前聯合中國科學技術大學研究團隊，研發出一種無二次污染、可擴展的流通式電化學水處理器件，成功破解了水體污染難題。

藥物、個人護理品以及內分泌干擾物等持久性有機污染物當前廣泛存在於自然水環境中，即便濃度不太高也會帶來高風險，而傳統電化學高級氧化技術，因需添加支持電解質、僅利用半電池反應、有效反應面積小等問題，難以實現實際工程應用。針對這一痛點，研究團隊創新構建了膜電極元件水處理系統，首次將氣體擴散電極與電化學活性膜電極相結合，實現了陰極氧還原反應和陽極氧化反應的耦合增效。該系統依託陰離子交換膜的電荷傳導功能，無需外加支持電解質，還能有效阻止逆反應；陰極產生的活性氧陰離子可穿過膜層抵達陽極，與陽極活性氧物種協同作用，大幅提升污染物降解效率並降低能耗，從源頭避免了外加電解質產生的二次污染。

在核心電極材料設計上，研究團隊實現了低成本與高性能的兼顧：陰極採用氧化炭黑基氣體擴散電極，陽極選用氧化物三維多孔電化學活性膜電極，其中氣體擴散電極是由聚四氟乙烯等疏水材料製成的多孔膜電極，通過氣液固三相介面實現電化學反應，具有透氣憎水和高催化活性等特點。通過性能測試顯示，該器件在兩伏低電壓下，對十六種典型持久性有機污染物的去除率超百分之九十二；可適應pH值一至十一的酸鹼範圍，用空氣替代純氧性能也無衰減，能深度去除五百納克每升的超痕量污染物，連續穩定運行時長突破五千小時。

研究團隊表示，更值得大家關注的是，該器件具備較大的工程應用潛力。研究團隊研製的一百平方釐米大尺寸反應器件，在醫院廢水處理中對三氯生和戊二醛的去除率分別超百分之九十和百分之八十，並可穩定運行一百五十小時以上。該器件還可與太陽能結合，實現戶外無泵驅動水處理。研究團隊認為，生命周期技術經濟分析表明，該工藝每噸水處理運營成本僅二點三二美元（折合約是十八點六澳門元），且單位成本有望進一步降低。業內專家表示，該研究在分散式水處理、偏遠地區供水、環境修復等領域具有廣闊應用前景。

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