香蕉皮生物炭颗粒电极在三维电化学系统中高效去除甲基紫2B染料：废物资源化与可持续水处理新策略

本研究针对纺织废水中有毒阳离子染料难降解问题，创新性地利用香蕉皮生物炭(BPB)作为颗粒电极，构建BPB-Ti/GP三维电化学系统。研究发现BPB具有1.86 V的高氧析出电位(OEP)，能有效抑制副反应，在pH 9.0、电流密度5.2 mA/cm2 条件下40分钟内实现99.50%的甲基紫2B(MV 2B)去除，其能耗(0.020 KWh/g)显著低于传统电极。该工作为农业废弃物资源化与绿色水处理提供了新思路。

　　

纺织工业的快速发展导致大量染料废水排放，其中水溶性阳离子染料如甲基紫2B(MV 2B)不仅危害水生生态系统，还会引发人体皮肤刺激、呼吸衰竭等严重健康问题。传统吸附法和二维电化学系统存在效率低、能耗高等瓶颈，而三维电化学系统(3DEOP)虽能通过颗粒电极提升污染物降解效率，但常规电极材料如硼掺杂金刚石(BDD)成本高昂，尺寸稳定阳极(DSA)又易引发氧析出副反应(OER)。如何开发兼具高效、低成本且能抑制OER的电极材料，成为废水处理领域的关键挑战。

武汉某研究团队在《Kuwait Journal of Science》发表的研究中，另辟蹊径地将香蕉皮废弃物转化为生物炭颗粒电极(BPB)，构建了创新的BPB-Ti/GP三维电化学系统。通过高温热解法制备的BPB具有丰富的微孔结构和含氧官能团，其1.86 V的高氧析出电位(OEP)显著优于商用颗粒电极(GAC、MnO₂
等)，能有效抑制OER并促进羟基自由基(^•
OH)生成。研究采用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等表征材料特性，通过线性扫描伏安法(LSV)测定OEP，并优化了pH、电流密度等操作参数，结合液相色谱-质谱(LC-MS)解析降解路径。

材料特性与电化学性能
SEM显示BPB具有多层堆叠结构和不规则孔隙，XPS证实其表面含39.84%的C-C/C=C键和23.70%的C=O键。LSV测试表明BPB的OEP达1.86 V，比商用电极高60%，CV曲线证实其在强氧化条件下的稳定性。

系统效能对比
BPB-Ti/GP系统对10 mg/L MV 2B的去除率(99.50%)是二维系统的2.08倍，动力学常数(0.124 min^-1
)提升33.58倍。能耗仅0.020 KWh/g，远低于Fe₃
O₄
电极(0.08 KWh/g)。

作用机制与降解路径
淬灭实验证实^•
OH是主导活性氧物种。LC-MS分析揭示MV 2B通过N-脱甲基化路径降解，先后生成N,N,N′,N″-四甲基副品红(TMPA, m/z 343)和4-氨基苯甲酸(BA, m/z 136)，最终矿化为小分子酰胺。

该研究不仅实现了农业废弃物的高值化利用，更开创了"以废治废"的可持续水处理新模式。BPB电极的广谱pH适应性(pH 3-12)和低能耗特性，为工业废水处理提供了兼具经济性与环境友好性的解决方案，其设计思路可拓展至其他难降解有机污染物的治理领域。