高效去除地下水氯代烃污染的方波脉冲电催化修复技术研究

20250116

水利、环境和公共设施管理业

高效去除氯代有机污染物一直是地下水环境治理领域的一项挑战。目前的电催化技术去除氯代有机污染物主要依赖于稳定的直流电源作为外部电场，存在能耗高、转化效率低以及易产生二次污染等问题，限制了该技术的实际应用。针对这一问题，本研究以低耗高效去除地下水中氯代有机污染物为出发点，通过设计一种三维多级结构电极材料，协同方波脉冲电催化体系实现氯代有机污染物的吸附富集-还原脱氯-氧化降解。该电极材料利用配位环境精确调控的Pd单原子协同FeCo2O4尖晶石纳米线阵列，高效产生H*，并通过（2+1）e- 氧还原O2生成??OH。在方波脉冲电催化体系下，当最佳工艺参数设置为-0.7 V脉冲电压、50 %占空比和0.1 Hz频率时，氯代有机污染物可在45 min内完全降解，TOC的去除率达到92.3%，比能耗为1.27 kWh·kg-1。该研究实现了地下水中氯代有机污染物的完全脱氯，阐明了方波脉冲电催化高效降解氯代有机污染物的机理，为电化学降解氯代有机污染物提供了一种可持续的环保方法。

开展中试和生产验证性试验所需的资金和条件。

可国（境）内外转让

在相关的电极材料生产和脉冲电催化设备生产与销售方面具有较好的经济效益。

北京市自然科学基金面上项目

北京市科学技术委员会;中关村科技园区管理委员会

本研究围绕高效去除氯代烃等氯代有机污染物的方波脉冲电催化技术研发，发展具有脱氯去毒-氧化降解功能的电催化材料和电极制备方法，阐明三维多级结构电催化材料选择性还原脱氯和活性氧物种生成的微观本质，构建低耗高效方波脉冲电催化去除氯代有机污染物的技术方法。以碳基材料为载体，利用Fe、Co、Ni、Cu等廉价金属和传统Pd金属的优异性能，设计构建单原子Pd、双单原子Fe-Ni、单原子Co与Cu纳米团簇（Co1Cup-NC）等系列还原脱氯和氧化还原功能的催化中心，形成三维多级结构的电催化电极。利用先进现代结构表征和性能测试技术，结合密度泛函理论计算方法，确定了反应活性中心的准确空间结构和配位环境信息，揭示了氯代有机污染物分子在电极表面扩散-吸附-反应的作用机制，阐明了方波脉冲电催化降解的效能增强机理。优化技术装置模块设计，构建方波脉冲电催化降解技术。取得了系列创新性研究成果，包括发表高水平研究论文18篇，其中Applied Catalysis B: Environment and Energy 4篇、Journal of Hazardous Materials 5篇，ESI高被引论文1篇，申请国家发明专利2项，培养研究生5名，其中博士研究生3名，硕士研究生2名。