同濟(jì)大學(xué)環(huán)境學(xué)院王穎教授團(tuán)隊(duì)《PNAS》：局域氧富集策略助力電芬頓水處理技術(shù)節(jié)能降耗

近日，同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院王穎教授團(tuán)隊(duì)的研究成果發(fā)表于國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)刊物《美國(guó)科學(xué)院院刊》（PNAS），論文題為“Local O2 concentrating boosts the electro-Fenton process for energy-efficient water remediation”（局域氧富集策略助力電芬頓水處理技術(shù)節(jié)能降耗）。

水中有機(jī)污染物嚴(yán)重威脅著人體健康和生態(tài)環(huán)境。電芬頓技術(shù)通過(guò)電還原天然氧氣產(chǎn)生強(qiáng)氧化性活性氧物種，從而降解水中各種有機(jī)污染物，無(wú)需投加化學(xué)藥劑且有望使用可再生能源，在有機(jī)廢水處理領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。然而，由于水中氧氣溶解度低且擴(kuò)散慢，限制了電芬頓技術(shù)的處理效率。雖然采用曝氣方法可提高氧氣供應(yīng)，但這種方法導(dǎo)致超過(guò)75%的電能被曝氣消耗，且僅有不到1%的氧氣被有效利用。如何提高電芬頓過(guò)程的氧氣利用率，成為降低能耗的關(guān)鍵問(wèn)題。

受魚(yú)鰓呼吸過(guò)程啟發(fā)，團(tuán)隊(duì)提出了“局域氧富集（LOC）”策略，構(gòu)筑了具有氧氣富集效應(yīng)的陰極，并結(jié)合原位電化學(xué)表征技術(shù)和理論計(jì)算方法揭示了局域氧富集機(jī)制。與傳統(tǒng)電極附近的“簡(jiǎn)單氧擴(kuò)散（SOD）”過(guò)程不同，電極可直接從本體溶液中持續(xù)不斷地提取溶解氧到電化學(xué)反應(yīng)界面，從而減少甚至消除曝氣需求，氧氣利用率提升了11倍以上，電芬頓過(guò)程的能耗下降了65%以上。技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和連續(xù)流實(shí)驗(yàn)表明，所提出的“局域氧富集”方法是一種簡(jiǎn)單、有效的創(chuàng)新策略，為高效節(jié)能的電芬頓水處理技術(shù)開(kāi)發(fā)提供了新的思路。