近日，同濟大學環(huán)境科學與工程學院王穎教授團隊的研究成果發(fā)表于國際權(quán)威學術(shù)刊物《美國科學院院刊》（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）。

水中有機污染物嚴重威脅著人體健康和生態(tài)環(huán)境。電芬頓技術(shù)通過電還原天然氧氣產(chǎn)生強氧化性活性氧物種，從而降解水中各種有機污染物，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(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應用前景。然而，由于水中氧氣溶解度低且擴散慢，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，但這種方法導致超過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(guān)鍵問題。

受魚鰓呼吸過程啟發(fā)，團隊提出了“局域氧富集（LOC）”策略，構(gòu)筑了具有氧氣富集效應的陰極，并結(jié)合原位電化學表征技術(shù)和理論計算方法揭示了局域氧富集機制。與傳統(tǒng)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(xù)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(shù)經(jīng)濟分析和連續(xù)流實驗表明，所提出的“局域氧富集”方法是一種簡單、有效的創(chuàng)新策略，為高效節(jié)能的電芬頓水處理技術(shù)開發(fā)提供了新的思路。