综述：膜与电化学混合技术去除新兴污染物的最新进展

这篇综述系统评述了膜过滤与电化学过程（如EAO、EF等）协同去除新兴污染物（ECs）的三种混合技术：两段式工艺、一体化反应器（REM）和电化学膜生物反应器（EMBR）。文章深入分析了各类技术的机制（如•OH氧化、电吸附）、性能（ECs去除率>60%）及能耗（0.001–17 kWh/m3 ），并指出REM的材料开发（Ti4 O7 、CNT等）和EMBR的生物-电化学协同作用是未来研究重点。

　　

引言

新兴污染物（ECs）因其低浓度高毒性特征，对水环境构成严峻挑战。美国环保署（EPA）将ECs定义为缺乏健康标准但具有潜在威胁的化学物质，涵盖EDCs、PPCPs、抗生素、DBPs等类别。传统水处理工艺对ECs去除效率有限，而膜与电化学混合技术通过物理拦截与化学氧化的协同作用展现出独特优势。

混合技术分类与机制

两段式工艺

采用电化学预处理或膜过滤后处理的串联模式。例如，纳滤（NF）浓缩液经BDD阳极氧化可去除99.9%的PFAS，能耗降低76%。但该工艺对CBZ等顽固性ECs的降解效率不足50%，且存在能量利用率低的瓶颈。

一体化REM反应器

通过导电膜（如Ti₄
O₇
、碳纳米管）同步实现过滤与氧化。其核心机制包括：

• 直接氧化：电子转移至电极（如Pd/Ti₄
  O₇
  降解PFOA）
• 间接氧化：•OH/SO₄
  ^•–
  等自由基攻击（如MWCNT膜去除100% BPA）
• 电吸附：负电性ECs（如PFOS）在电场驱动下富集

典型案例中，RuO₂
/TiO₂
纳米棒修饰的碳纳米纤维膜对SMX的去除率达85%，而Janus催化膜通过¹
O₂
特异性氧化将能耗降至0.013 kWh/m³
。

EMBR技术

将电极（如Al/SS）嵌入MBR，形成电化学-生物耦合系统。电场（2 V/cm）可促进微生物降解效能，使DCF、CBZ去除率提升至75–90%。值得注意的是，铁碳微电解自生电场EMBR能将ARGs削减6–8个数量级，但厌氧EMBR（AnEMBR）在高电压下可能反向刺激ARGs增殖。

材料创新与挑战

• REM材料：Ti基陶瓷膜抗腐蚀但成本高，碳基材料（如石墨烯）兼具吸附与催化性能
• 电极设计：非活性阳极（BDD、PbO₂
  ）更利于•OH生成，但面临聚合物污染风险
• 集成工艺：光电-Fenton耦合REM（如TiO₂
  /GF膜）可实现TC的77%矿化率

未来方向

需重点研究：

1. REM的长期运行稳定性与规模化制备
2. ECs降解中间产物的毒性演化路径
3. 针对NPs、ARGs等新型ECs的协同去除机制
4. 低能耗系统优化（如太阳能驱动EAO）

该领域突破将推动水处理技术向高效低碳方向发展，为应对复杂污染物提供多屏障解决方案。