Ti4 O7 电极耦合Cl? 高效降解冷却水中膦酸盐的机制与长期稳定性研究

为解决冷却水中难降解膦酸盐（如NTMP）引发的环境污染问题，南方科技大学团队利用Ti4 O7 惰性阳极构建电化学高级氧化（EAOPs）系统，揭示Cl? 通过生成HOCl主导C–P键断裂的机制，并在实际水质条件下实现720小时持续高效转化有机磷为PO4 3? ，为工业废水处理提供低成本解决方案。

　　

研究背景与意义
工业冷却水占生产用水总量的70%，其排放的含磷缓蚀剂（如膦酸盐NTMP）因C–P键稳定性难以被传统污水处理工艺降解，导致水体富营养化和生态毒性。现有吸附法仅转移污染物，而Fenton氧化存在pH敏感、副产物多等缺陷。电化学高级氧化技术（EAOPs）虽能矿化顽固有机物，但常用硼掺杂金刚石（BDD）电极成本高昂且易产生有害氯酸盐。钛氧化物（Ti₄
O₇
）电极因其高导电性和低氯酸盐生成潜力成为理想替代，但此前缺乏其在冷却水实际环境中的长效性能验证。

技术方法概述
南方科技大学团队通过对比BDD、Pt和Ti₄
O₇
阳极效能，结合淬灭实验和连续流反应器，探究Cl^?
对NTMP降解的促进作用。采用实际水质参数（含HCO₃
^?
、腐殖酸HA）验证体系抗干扰性，并通过720小时长期实验评估电极稳定性。

研究结果

1. 阳极材料选择：Ti₄
   O₇
   在2小时内实现NTMP完全转化，效率优于Pt且接近BDD，但运行电压降低40%。
2. Cl^?
   作用机制：Cl^?
   通过阳极氧化生成HOCl，主导C–P和C–C键断裂，贡献率达78.5%。
3. 实际水质影响：1.0–5.0 mM HCO₃
   ^?
   和10 mg/L HA对PO₄
   ^3?
   转化率影响<5%。
4. 长期稳定性：连续运行720小时后，NTMP转化率保持100%，阴极CaCO₃
   沉积未显著抑制效能。

结论与意义
该研究阐明Ti₄
O₇
-AO系统通过Cl^?
/HOCl路径高效矿化膦酸盐的机制，突破传统技术对C–P键的降解瓶颈。实际水质耐受性和长期稳定性证明其工业应用潜力，为冷却水处理提供兼具经济性与环保性的解决方案。论文发表于《Chemosphere》，为电化学水处理领域提供重要理论支撑和技术范式。