聚苯乙烯的双室电催化氧化：对阳极-阴极降解机制及其差异的深入研究

《ACS ES&T Engineering》：Dual-Compartment Electrocatalytic Oxidation of Polystyrene: Insights into Anode–Cathode Degradation Mechanisms and Differences

微塑料在双室电催化体系中呈现电极特异性降解行为，阴极通过羟基自由基实现高效降解（39.5% PS损失），阳极硫酸根自由基主导且pH升高抑制降解效率。实验证实双极协同催化效应，阴极有机碳浓度达2540 μg/L，显著高于单室系统。研究为电极优化设计提供理论依据。

　　

微塑料（MPs）具有毒性、持久性且难以降解，对生态系统构成威胁。尽管在电催化降解方面已经取得了一些进展，但大多数研究主要集中在单室系统中优化电极材料，而对阳极和阴极之间的降解差异关注较少。本研究探讨了在双室系统中使用过氧单硫酸盐（PMS）作为催化剂分别对聚苯乙烯（PS）进行降解的过程。在5 mM PMS的作用下，经过3小时后，阴极的重量损失率最高，达到39.5%，且在15 mA/cm2的电流条件下消耗了92.49%的PMS；相比之下，阳极的重量损失率从26.50%降至15.3%，同时PMS的消耗量从42.71%增加到95.25%，这一变化与pH值的升高有关。电子顺磁共振（EPR）和氮气泵浦实验表明，阳极上的主要自由基是SO??，而阴极上的主要自由基是•OH，且阳极的降解过程更依赖于氧气（O?）。两种电极上的PS颗粒尺寸均逐渐减小至约50 μm，但阴极的氧碳（O/C）比值是阳极的1.95倍。在pH = 5时，阴极的总有机碳含量（2540 μg/L）是单室系统的2.58倍（单室系统为984.3 μg/L）。本研究揭示了不同电极的特异性降解行为，为改进微塑料降解技术和相关工程应用提供了思路。