清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院張瀟源課題組在雙面電催化膜污水深度處理研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展

　　【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】電化學(xué)高級(jí)氧化與還原技術(shù)因具有高活性與高效率，逐漸成為污水深度處理領(lǐng)域的研究前沿。近日，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院張瀟源副教授課題組在雙面電催化膜污水深度處理研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種碳基雙面電催化膜，分別錨定在膜兩面的鐵、鎳單原子位點(diǎn)可以分別產(chǎn)生氧化與還原性活性物種，通過順序策略可以實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)的氧化還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水中不同特性新污染物的適應(yīng)性高效去除。
 

　　新污染物的化學(xué)特性多樣，既有富電子有機(jī)物，也有含吸電子基團(tuán)的有機(jī)物，現(xiàn)有的高級(jí)氧化或還原技術(shù)難以適應(yīng)性去除不同類別的新污染物。張瀟源課題組設(shè)計(jì)開發(fā)了一種新型的雙面電催化膜，同步激發(fā)羥基自由基(•OH)與原子氫(H*)，并采用順序策略調(diào)控氧化還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了廣譜新污染物的高效去除。該雙面電催化膜是兩面分別由單原子鐵、鎳修飾的碳纖維膜，在模式新污染物去除和制藥廢水深度處理中均展現(xiàn)出優(yōu)異的性能，模式污染物普萘洛爾和氯霉素可在水通量680L·m-2·h-1、能耗<0.015kWh·m-3·log-1的條件下被完全去除。在含鐵側(cè)至含鎳側(cè)的電過濾順序下，流動(dòng)強(qiáng)化傳質(zhì)促使含鐵側(cè)生成的H2O2與含鎳側(cè)生成的H*反應(yīng)產(chǎn)生更多•OH，從而高效降解富電子有機(jī)物；而在含鎳側(cè)至含鐵側(cè)的電過濾順序中，H*介導(dǎo)的還原與•OH介導(dǎo)的氧化的級(jí)聯(lián)反應(yīng)可以降低熱力學(xué)能壘，顯著強(qiáng)化含吸電子基團(tuán)污染物的降解。該項(xiàng)工作中的雙面膜設(shè)計(jì)為廢水中新污染物的適應(yīng)性去除建立了新范式，并為活性物種間的協(xié)同與拮抗提供了新的分析視角。
 

圖1.雙面電催化膜通過順序策略調(diào)節(jié)氧化還原過程
 

　　研究成果以“雙面電催化膜順序策略調(diào)節(jié)氧化還原過程用于高效污水深度處理”(Janus Electrocatalytic Membrane Enables Tunable Redox via Sequential Tactics toward Ultrafast Water Decontamination)為題，于9月16日正式發(fā)表在《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》(Environmental Science & Technology)上，并被選為副封面。
 

　　清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院副教授張瀟源為論文通訊作者，環(huán)境學(xué)院2021級(jí)博士生晏妮為論文第一作者。論文共同作者包括環(huán)境學(xué)院教授黃霞、2025級(jí)博士生張家銘、2024屆博士畢業(yè)生任騰飛(現(xiàn)為太原理工大學(xué)環(huán)境學(xué)院副教授)和2025屆博士畢業(yè)生尹夢(mèng)茜。