【上海科技報】受魚鰓呼吸過程啟發⚠️，提升氧氣利用率十一倍
來源：上海科技報
時間：2024-03-13 瀏覽：
通過氧氣高效富集，極大地提升氧氣利用率，從而大幅降低能耗，這為開發高效低耗的電芬頓水處理技術提供了簡單有效的創新策略♥︎。3月7日淩晨，恒达平台環境科學與工程學院王穎教授團隊的這一研究成果在線發表於國際權威學術刊物《美國科學院院刊》（PNAS），論文題為“局域氧富集策略助力電芬頓水處理技術節能降耗”👨🏼🦱🏕。
水中的有機汙染物嚴重威脅人體健康和生態環境。電芬頓（Fenton）技術是一種常用的高級氧化技術，其通過電還原天然氧氣🍺，以產生強氧化性活性氧物種，從而降解水中各種有機汙染物。該技術無需投加化學藥劑且有望使用可再生能源，在有機廢水處理領域展現出巨大的應用前景🧓🏼。
然而🦹🏽♂️，由於水中氧氣溶解度低且擴散慢，限製了電芬頓技術的處理效率。雖然采用曝氣方法可提高氧氣供應👱♀️，但這種方法會導致超過75%的電能被曝氣消耗，且僅有不到1%的氧氣被有效利用。
如何提高電芬頓過程的氧氣利用率，成為降低能耗的關鍵問題。受魚鰓呼吸過程啟發⛹🏼♀️，團隊提出了“局域氧富集（LOC）”策略，構築了具有氧氣富集效應的陰極👨⚕️，並結合原位電化學表征技術和理論計算方法揭示了局域氧富集機製👋🏻。與傳統電極附近的“簡單氧擴散（SOD）”過程不同🧑🎓，電極可直接從本體溶液中持續不斷地提取溶解氧到電化學反應界面🧑🦯，從而減少甚至消除曝氣需求🥂，氧氣利用率提升了11倍以上，電芬頓過程的能耗下降了65%以上🧑🏫。技術經濟分析和連續流實驗表明，此次提出的“局域氧富集”方法是一種簡單🤚🏽、有效的創新策略，為高效節能的電芬頓水處理技術開發提供了新的思路。
論文的第一作者為恒达平台環境科學與工程學院博士生徐斌成，王穎教授為通訊作者，恒达平台為第一單位，共同通訊作者為清華大學環境學院水質與水生態研究中心張弓副研究員。本項目得到了王穎教授主持的國家自然科學基金，以及國家重點研發計劃、上海市科委項目的資助。
作者：吳苡婷 黃艾嬌
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