采用铜-钠木质素磺酸盐防污涂层的离子选择性电极，可实现长期稳定的铵离子监测，为数据驱动的废水处理提供支持

《ACS ES&T Engineering》：Copper–Sodium Lignosulfonate Antifouling-Coated Ion-Selective Electrodes for Reliable Long-Term Ammonium Monitoring toward Data-Driven Wastewater Control

　　

摘要

在废水处理中，铵离子（NH₄⁺）的监测对于过程控制和出水达标至关重要。然而，传统的随机采样方式只能提供延迟的、离散的测量数据，无法捕捉到浓度上的快速变化。固态离子选择电极有望实现连续实时监测，但其长期使用会受到膜生物污垢的制约。在此，我们为NH₄⁺固态离子选择电极开发了一种铜离子-钠木质素磺酸盐复合抗污涂层，该涂层既能减少生物污垢的产生，又能提升电极界面的稳定性。通过结合木质素磺酸盐的亲水作用与铜离子的抗菌性能，这种涂层在类似废水的环境中能够提供更为稳定的检测界面。经过系统的3×3配方筛选，我们发现Cu0.10-SLS0.25配方最为理想，该配方的灵敏度接近能斯特方程预测值，为56.5毫伏/十倍浓度单位，响应时间为5.5秒，检测限为3.2×10^–6摩尔/升。在水环境中，Cu0.10-SLS0.25配方对铜离子的保留能力更强，这得益于铜离子与木质素磺酸盐之间更强的相互作用，同时也提升了电极的长期检测稳定性。在为期14天的实际废水环境测试中，该涂层的平均绝对误差仅为1.24毫克/升，并且在第11天成功检测到了模拟的铵离子浓度骤变现象。事后通过扫描电子显微镜观察，该涂层的表面几乎没有出现生物污垢。这些结果表明，通过基于特定机制的策略，可以有效提升在复杂废水环境中长期监测铵离子的可靠性。