基于CoOx催化臭氧氧化与电絮凝联用的高效污染物去除及毒性削减技术研究

为解决水体中新兴污染物(CECs)如吡虫啉(IMI)、磺胺甲恶唑(SMX)和对羟基苯甲酸丁酯(BuP)难降解问题，研究人员开发了等离子体沉积CoOx薄膜催化臭氧氧化与电絮凝(EC)的序贯联用技术。该研究证实Fe-EC与催化臭氧氧化联用可实现污染物完全去除，毒性降低至EC50阈值以下，AOS和COS指标显示矿化度显著提升，为废水回用提供了创新解决方案。

　　

随着全球水资源短缺加剧，水体中新兴污染物(CECs)的治理成为重大挑战。欧盟每年有30%人口面临水资源压力，而常规污水处理厂对农药、抗生素和内分泌干扰物的去除率不足。特别是吡虫啉(IMI)在农业区浓度高达9.14 μg/L，磺胺甲恶唑(SMX)可诱导大肠杆菌耐药性，对羟基苯甲酸丁酯(BuP)具有内分泌干扰效应。现有高级氧化工艺(AOPs)存在矿化不完全、有毒副产物等问题，亟需开发高效联用技术。

波兰研究人员在《Desalination and Water Treatment》发表研究，采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)制备CoO_x_airTT催化剂，结合铁/铝电絮凝(EC)构建序贯处理系统。通过HPLC分析污染物降解率，Microtox测定Vibrio fischeri发光抑制评估毒性，XPS和SEM表征催化剂稳定性，并计算平均氧化态(AOS)和碳氧化态(COS)评价矿化程度。

3.1.1 EC研究
电絮凝实验显示Fe电极对IMI(100%)和SMX(100%)的去除优于Al电极，BuP因极性最低仅去除11%。毒性测试表明Fe-EC处理10分钟即可使EC₅₀从10%提升至安全阈值，但残留毒性仍高于EC₂₀。

3.1.2 臭氧氧化与催化臭氧氧化
CoO_x_airTT催化使IMI降解速率提升29%，SMX提升67%。30分钟处理后毒性抑制率从10%降至38%，而单独臭氧需3小时才能达到相近效果。

3.2 联用工艺
Cat/O₃→EC(Fe)组合实现IMI完全去除，BuP去除率达88%。3小时催化臭氧联用20分钟Fe-EC使AOS升至2.5，COS达2.5，表明深度矿化。XPS证实Co³⁺/Co²⁺比值从1.33(处理前)波动至1.46(5小时臭氧后)，显示催化剂稳定参与氧化还原循环。

该研究首次证实等离子体制备的CoO_x催化剂在联用系统中的稳定性，其"臭氧氧化-电絮凝"序贯设计较单独工艺节能42%。研究为复杂污染物混合体系的处理提供了新范式，其Fe-EC组合的污泥减量化特性符合欧盟绿色协议要求，对实现2045年四级处理目标具有重要实践意义。