铜修饰碳毡双阴极电芬顿系统高效降解纳滤浓缩液中难降解有机污染物的研究

针对垃圾渗滤液纳滤浓缩液(NFC)中难降解有机污染物的处理难题，北京某研究团队创新性地构建了以铜修饰碳毡(Cu-CF)为活化阴极、碳黑改性碳毡(CB-CF)为产H2O2阴极的双阴极电芬顿(EF)系统。该系统通过空间分离H2O2生成与活化步骤，实现COD去除率85.02%，能耗仅112.05 kWh kg?1 TOC，为工业废水处理提供了高效低耗新策略。

　　

垃圾渗滤液处理过程中产生的纳滤浓缩液(NFC)堪称环境治理领域的"顽疾"，其中富集的药物残留、酚类化合物和腐殖质等有机污染物，不仅具有强生物毒性，还能通过食物链在生态系统中迁移放大。传统生物处理对这些"顽固分子"束手无策，而常规电芬顿(EF)技术又受限于H₂O₂生成与活化效率的相互制约。更棘手的是，铁基催化剂存在反应速率低(Fe²⁺/H₂O₂反应速率仅76 L mol^?1 s^?1)、易产生铁泥等缺陷。如何突破这些技术瓶颈，实现NFC的高效经济处理，成为环境工程领域亟待解决的难题。

北京某高校研究团队在《Journal of Water Process Engineering》发表的研究中，巧妙运用"分而治之"策略，构建了创新性的双阴极EF系统。该系统采用碳黑改性碳毡(CB-CF)专司H₂O₂生产，通过电沉积技术制备的铜修饰碳毡(Cu-CF)负责H₂O₂活化，形成空间分离的协同降解体系。研究团队综合运用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等表征手段，结合电化学测试与自由基捕获实验，系统评估了该体系的降解性能与机制。

阴极表征揭示关键活性位点
SEM观测显示Cu以面心立方结构均匀覆盖碳纤维表面，XPS分析证实Cu⁰(52.59%)与Cu⁺(26.30%)的共存构型。这种独特的价态分布使Cu-CF具备双重优势：Cu⁰促进电子转移，Cu⁺加速Cu²⁺/Cu⁺循环(反应速率达4.6×10² L mol^?1 s^?1)，协同提升·OH产率。

双阴极协同实现高效降解
与传统单阴极系统相比，双阴极设计使H₂O₂生成与活化分别在最佳电位下进行。CB-CF阴极实现48.82 mg h^?1的H₂O₂产率，Cu-CF阴极则通过Cu⁺/H₂O₂反应(速率1×10⁴ L mol^?1 s^?1)高效转化·OH，最终使NFC的COD和TOC去除率分别达85.02%和71.27%。

稳定性与能耗表现突出
经历5次循环后，系统仍保持74.77%的COD去除率，112.05 kWh kg^?1 TOC的能耗显著低于同类技术。这种稳定性源于Cu-CF的结构坚固性，以及双阴极设计避免了活性位点的相互干扰。

该研究通过创新的电极设计与精准的界面调控，突破了传统EF技术的效率瓶颈。Cu基催化剂的应用将自由基生成速率提升两个数量级，而双阴极构型为复杂废水处理提供了可扩展的模块化思路。更重要的是，该技术无需添加化学药剂、无二次污染，符合绿色治理理念。这些突破不仅为NFC处理提供了经济高效的解决方案，其"空间分离-功能协同"的设计哲学更为其他高级氧化系统的开发提供了范式转移。随着我国对危险废物处理标准的日益严格，这项兼具基础创新与工程应用价值的研究，有望在垃圾填埋场、制药园区等场景实现规模化应用。