近日，新葡的京集团350vip8888黄先锋副教授带领的团队在国际著名期刊《Journal of Cleaner Production》(SCI 一区TOP 期刊，IF = 11.1)上发表题为“A novel multifunctional cell coupled by electrodialysis and electrocatalysis for seawater desalination, wastewater decontamination and H₂O₂ production”的论文。

近年来，电化学高级氧化工艺（EAOPs）因其能够高效降解化工废水、制药废水、电镀废水等工业废水中的多种难降解有机污染物而受到越来越多的关注。但其在工业废水中的应用仍然受到电极活性和稳定性低、电流效率低、能耗高等限制。因此，部分研究者提出采用耦合工艺（如：光电催化、电催化过硫酸盐活化和电芬顿等）来提高EAOPs效率，以更好地应用于废水处理。然而，这些耦合工艺需要额外的化学药剂或辅助能源，从而增加了处理成本。

海水作为沿海地区的重要水资源，其盐度通常高于工业废水，两者之间存在着盐差能。此外，海水中富含氯化钠，其中高浓度的氯离子可通过析氯反应提高对污染物的降解效果。在本研究中，我们采用高效铂（Pt）片作为阳极，炭黑气体扩散电极作为阴极，建立了电催化-电渗析耦合的三室多功能反应装置（图1），该装置阳极室可电催化氧化降解污染物，中间室可电渗析海水脱盐，阴极室可电催化产H₂O₂。对该耦合工艺性能探究的实验结果表明，耦合工艺在4 V电压条件下可实现70%左右的海水淡化（图2（a）），90%氨苄西林（AMP，200 mg/L）去除率（图2（b））和3.2 g/L的H₂O₂产出量（图2（c）），而且其还对罗丹明B、尿素、硝基苯、喹啉等多种污染物都具有较高去除能力（图2（d））。机理探索表明（图3），阳极室产生的羟基自由基（•OH）和活性氯（RCS）是去除AMP的主要活性物种，•OH和RCS的贡献率分别为70%和30%；电渗析可以产生0.5 V的内电位促进电催化反应，并提供Cl^-和Na⁺作为电催化过程的电解质；电催化析氯反应提高了系统电子传递效率，从而提高了对AMP的去除率和H₂O₂的产出。

图1 耦合工艺运行示意图

图2 （a）海水脱盐率，（b）AMP去除率，（c）H₂O₂产量，（d）不同污染物去除率。反应条件：电极室中K₂SO₄ = 0.05 M，[NaCl]₀ = 35 g/L，[污染物]₀ = 200 mg/L。

图 3 中间脱盐室中盐水类型（NaCl 或 Na₂SO₄）对耦合工艺性能的影响：（a）AMP去除率，（b）电流输出和（c）H₂O₂产生量。（d） DMPO-•OH的EPR谱图。（e） 淬灭实验。（f） 总氯和游离氯的浓度。反应条件：[AMP]₀ = 200 mg/L，[盐水]₀ = 35 g/L，电压 = 4 V。

温州大学新葡的京集团350vip8888田海龙博士为论文第一作者，黄先锋副教授为论文通讯作者。温州大学为第一单位和通讯单位。本工作得到了国家自然科学基金(52170092和51808406)和浙江省自然科学基金(LY20E080028)资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.141324