全氟辛酸在Bi2O3–SnO2/Ti4O7反应性电化学膜上的电化学氧化：应用于地下水处理并揭示其作用机制

《ACS ES&T Engineering》：Electrochemical Oxidation of Perfluorooctanoic Acid on a Bi2O3–SnO2/Ti4O7 Reactive Electrochemical Membrane: Application to Groundwater Treatment with Mechanistic Insights

研究Bi?O?–SnO?/Ti?O?催化剂对PFOA的电化学氧化效果，在NaClO?电解液中去除率达98.1%，生成15.3%的PFCAs。实际地下水导电低，去除率仅1%，添加NaClO?提升至91%，但Na?HP?导致电极污染，而Na?SO?有效。机理表明电极污染使反应路径从表面脱氟转向溶液PFCA生成。

　　

本研究探讨了使用Bi₂O₃–SnO₂催化剂在Ti₄O₇反应性电化学膜（BTO/REM）上对全氟辛酸（PFOA）进行电化学氧化的过程。在惰性的NaClO₄电解质中，BTO/REM在4.2 V/SHE的电位下，经过60秒的水力停留时间（t_r），实现了98.1 ± 0.4%的PFOA去除率、85.6 ± 3.6%的氟化物产率和94.4 ± 4.6%的总氟含量平衡。含有3到6个全氟烷基的全氟烷基羧酸盐（PFCAs）的合成产率为15.3 ± 2.6%。在实际的地下水中，由于离子导电性较低，PFOA的去除率较低（约1%），但加入NaClO₄后，在4.7 V/SHE的电位下，经过15秒的水力停留时间，PFOA的去除率可提升至约91%。然而，向地下水中加入Na₂HP₄电解质会导致电极污染，这是由于磷酸根自由基的吸附以及CaHPO₄/Mg(OH)₂的沉淀作用，这些过程抑制了PFOA的氧化并增加了短链PFCAs的生成。相比之下，Na₂SO₄几乎不会在电极表面发生吸附，并且能够保持较高的PFOA去除率，表明它是一种适用于提高复杂地下水体系中导电性的实用添加剂。机理分析表明，电极污染使主要反应途径从表面介导的脱氟作用转变为溶液介导的连续PFCAs生成过程。这些发现为优化电化学方法去除PFAS提供了实用性的见解，并强调了在选择电解质以最大化效率并减少实际应用中不希望产生的副产物方面的重要性。