碳纳米管（CNT）膜的导电渗透作用对水溶性磺胺甲噁唑的阳极降解过程产生了影响

《Environmental Science & Technology》：Conductive Percolation of CNT Membranes Influenced Anodic Degradation of Aqueous Sulfamethoxazole

电催化膜中碳纳米管拓扑结构与抗生素降解机制关联研究。基于导电原子力显微镜的微观电流分布，确定CNT膜临界渗滤阈值0.51和非普适临界指数4.1。超临界渗滤区域（SPPR）实现97.3%磺胺甲噁唑去除率与50.8%矿化率，能耗仅0.04 kWh m?3。该研究揭示膜结构调控对羟基自由基（·OH）生成（SPPR）与环开反应（SBPR/临界区）的协同作用机制。

　　

流式膜在水中氧化去除抗生素方面展现出了良好的潜力。然而，这一过程中电子传递与污染物传递之间的微妙平衡尚未被阐明。本研究利用连续渗透理论揭示了碳纳米管（CNT）膜结构对抗生素阳极降解的影响。通过导电原子力显微镜测得的微观电流分布，确定了该膜的导电渗透阈值（p_c）为0.51，非普适临界指数（t）为4.1。在p_c附近发生的半导体-金属转变使导电机制从亚临界渗透区域（SBPR）的电子隧穿转变为超临界区域（SPPR）的欧姆电流。此外，导电渗透状态影响了膜阳极处磺胺甲噁唑（SMX）的降解途径：SPPR条件下由于电子传递迅速，促进了羟基自由基（·OH）的生成；而SBPR和临界渗透条件则由于强局部电场的作用，促进了环的开环反应。最终，当碳纳米管负载量达到p_c值的40倍时，SPPR膜实现了最高的SMX去除率（97.3%）和矿化率（50.8%），同时能耗仅为0.04 kWh m^–3。总体而言，多尺度渗透分析为电催化膜的有效设计提供了合理的范例，有助于有效控制抗生素污染。