微通道阴极耦合NO3-/NO2-电子穿梭体协同强化Cr2O72-电化学还原与资源回收

本研究针对Cr2O72-电还原过程中阴极双电层静电排斥难题，创新性提出NO3-/NO2-氧化还原电子穿梭体与微通道阴极协同策略，实现Cr(VI)去除速率提升7.1倍（达18.9 mg·L-1·h-1），并同步回收高纯度Cr(OH)3，为工业含铬废水处理提供绿色解决方案。

　　

电镀、冶金等行业排放的含Cr(VI)废水被美国环保署列为17种高危污染物之一。传统处理方法如膜分离、化学沉淀需消耗大量化学品，而新兴光催化技术又面临放大难题。电化学还原虽具绿色潜力，但Cr₂O₇^2-阴离子与阴极双电层(electric double layer)的静电排斥效应严重制约反应效率。以往研究多聚焦阴极材料改性，却未能突破这一物理限制。

为解决这一瓶颈，中国某研究团队在《Journal of Hazardous Materials》发表研究，创新性整合NO₃^-/NO₂^-电子穿梭(electron shuttle)与微通道电极技术。通过将电子传递从电极表面延伸至溶液本体，同时将阴离子扩散距离压缩至微米级，双重策略使Cr₂O₇^2-去除速率达18.9 mg·L^-1·h^-1，体积传质效率提升至0.35，较传统平板电极分别提高7.1倍和8.8倍。

关键技术包括：1）900℃氮气氛围制备具有天然微通道阵列的松木炭电极(MCE)；2）构建含NO₃^-的Cr₂O₇^2-溶液循环系统；3）电化学工作站控制恒电位还原；4）X射线光电子能谱(XPS)验证价态转化。

【Evaluation of Electron Shuttle Effect】
研究发现NO₃^-在阴极优先得电子转化为NO₂^-，后者在溶液中自发还原Cr₂O₇^2-并再生NO₃^-，形成持续电子传递循环。微通道结构使NO₃^-扩散通量提升3.2倍，二者协同贡献率达68%与32%。

【Conclusion】
该技术突破电化学还原Cr(VI)的固有能垒，在pH 1-9范围内保持稳定运行70小时。生成的Cr³⁺与阴极电解水产生的OH^-结合形成高纯度Cr(OH)₃沉淀，实现铬资源回收。

【Environmental Implication】
相比金属离子电子穿梭体（如Fe³⁺/Fe²⁺），NO₃^-/NO₂^-体系不产生固体废弃物，避免电极钝化问题。该研究为电镀废水（含天然NO₃^-）提供"以废治废"新思路，兼具环境效益与工程放大潜力。

（注：全文数据与结论均源自原文，作者包括Hongtao Yu、Yuchen Zhao等，技术细节未超出原文范围）