【上海科技报】受鱼鳃呼吸过程启发，提升氧气利用率十一倍
来源：上海科技报
时间：2024-03-13 浏览：
通过氧气高效富集，极大地提升氧气利用率，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。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权威学术刊物《美国科学院院刊》（PNAS），论文题为“局域氧富集策略助力电芬顿水处理技术节能降耗”。
水中的有机污染物严重威胁人体健康和生态环境。电芬顿（Fenton）技术是一种常用的高级氧化技术，其通过电还原天然氧气，以产生强氧化性活性氧物种，从而降解水中各种有机污染物。该技术无需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，但这种方法会导致超过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。受鱼鳃呼吸过程启发，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。技术经济分析和连续流实验表明，此次提出的“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。
论文的第一作者为同济大学环境科学与工程学院博士生徐斌成，王颖教授为通讯作者，同济大学为第一单位，共同通讯作者为清华大学环境学院水质与水生态研究中心张弓副研究员。本项目得到了王颖教授主持的国家自然科学基金，以及国家重点研发计划、上海市科委项目的资助。
作者：吴苡婷 黄艾娇
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