过渡金属负载颗粒活性炭三维电极高效去除腐植酸的研究

为解决厨房废水中难降解腐植酸(HA)引发的生态风险及消毒副产物问题，研究人员开发了Sn/Fe/Mn/Co负载的颗粒活性炭(GAC)三维电极。通过浸渍-热解法构建金属氧化物/氮化物复合催化剂，在模拟和实际HA废水中实现98.9%去除率，14次循环后效率仍达94.2%。该研究为废水处理提供了高效稳定的电催化解决方案。

　　

厨房废水中顽固的腐植酸(HA)如同环境中的"黑色幽灵"——这些由微生物转化产生的复杂有机物不仅威胁水体生态平衡，更会与消毒剂反应生成致癌的三卤甲烷(THMs)。传统二维电极存在有效面积小、传质差等瓶颈，而三维(3D)电极技术虽能通过颗粒电极提升反应效率，却长期受限于材料稳定性和副反应问题。

湖南大学等机构的研究团队在《Journal of Environmental Sciences》发表突破性成果，创新性地采用浸渍-热解法制备了过渡金属(Sn/Fe/Mn/Co)负载的颗粒活性炭(GAC)三维电极。通过引入氰胺作为氮源，在高温下同步形成金属氧化物和氮化物，构建出兼具丰富催化位点和快速电荷转移的复合电极材料。

关键方法
研究采用X射线衍射(XRD)表征晶体结构，通过模拟/实际HA废水对比实验评估性能，利用循环伏安法分析电化学行为。实际废水样本取自厨房垃圾处理系统(COD 350-360 mg/L)，通过控制电流密度、反应时间等参数优化降解条件。

XRD分析
GAC/Sn材料中检测到SnO₂(110)晶面特征峰(26.6°)及Sn₃N₄衍射峰(15.9°)，金属氮化物的形成显著提升了电极稳定性。

结论与意义
Sn负载电极展现出"双98%"奇迹——模拟废水90分钟去除率98.4%，实际废水120分钟达98.9%，14次循环后效率仅降低4%。这种卓越性能源于：①Sn物种提供可变价态促进电子转移；②GAC三维结构增大电活性面积；③电芬顿效应(Electro-Fenton-like)持续产生羟基自由基。该研究不仅为HA处理提供新型电极材料，更通过金属-氮-碳协同设计思路，为工业废水处理装置的节能化改造指明方向。