三维电化学反应器中的PEDOT颗粒电极用于水中有机污染物的降解

本研究开发了基于3D PEDOT粒子的电化学反应器，有效降解持久性有机污染物hexazinone，去除率达98%，并探究了其作用机制、磁性回收及循环稳定性。

　　

目前用于污染物降解的电化学系统采用传统的二维（2D）电极，存在传质和可扩展性的限制，尤其是对于难降解的有机物质而言。为了解决这些问题，我们制备了一种三维（3D）反应器，该反应器使用聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT）颗粒的稀薄、充分混合的悬浮液进行操作，并以六嗪酮（HEX）这种难降解的三嗪类除草剂作为模型化合物，评估了其性能、能量效率和重复使用性。通过化学聚合合成的PEDOT颗粒同时具有吸附剂、电极和催化剂的功能，在5伏电压和1克/升的颗粒负载量下（EE/O = 7千瓦时/立方米），hexazine酮的去除效率超过了98%。系统地研究了影响降解过程的因素，包括施加电压、电解质浓度、pH值、PEDOT颗粒浓度以及初始hexazine酮浓度。自由基淬灭实验表明，羟基自由基（•OH）是负责hexazine酮降解的主要反应物种。吸附-解吸实验揭示了吸附和降解过程同时发生。重复使用性测试显示颗粒损失是主要问题，但在PEDOT颗粒中嵌入Fe₃O₄核心后，这些颗粒能够实现磁回收，并在五个循环中保持稳定的性能。基于LC–MS/MS分析，提出了一个涉及多种中间体的详细降解途径。这项研究证明了PEDOT悬浮液在水处理中用于去除难降解有机微污染物的适用性。