清華大學環境學院張瀟源課題組在雙面電催化膜污水深度處理研究領域取得新進展

　　【儀表網 研發快訊】電化學高級氧化與還原技術因具有高活性與高效率，逐漸成為污水深度處理領域的研究前沿。近日，清華大學環境學院張瀟源副教授課題組在雙面電催化膜污水深度處理研究領域取得新進展。團隊開發了一種碳基雙面電催化膜，分別錨定在膜兩面的鐵、鎳單原子位點可以分別產生氧化與還原性活性物種，通過順序策略可以實現可調節的氧化還原反應，實現對污水中不同特性新污染物的適應性高效去除。
 

　　新污染物的化學特性多樣，既有富電子有機物，也有含吸電子基團的有機物，現有的高級氧化或還原技術難以適應性去除不同類別的新污染物。張瀟源課題組設計開發了一種新型的雙面電催化膜，同步激發羥基自由基(•OH)與原子氫(H*)，并采用順序策略調控氧化還原反應，實現了廣譜新污染物的高效去除。該雙面電催化膜是兩面分別由單原子鐵、鎳修飾的碳纖維膜，在模式新污染物去除和制藥廢水深度處理中均展現出優異的性能，模式污染物普萘洛爾和氯霉素可在水通量680L·m-2·h-1、能耗<0.015kWh·m-3·log-1的條件下被完全去除。在含鐵側至含鎳側的電過濾順序下，流動強化傳質促使含鐵側生成的H2O2與含鎳側生成的H*反應產生更多•OH，從而高效降解富電子有機物；而在含鎳側至含鐵側的電過濾順序中，H*介導的還原與•OH介導的氧化的級聯反應可以降低熱力學能壘，顯著強化含吸電子基團污染物的降解。該項工作中的雙面膜設計為廢水中新污染物的適應性去除建立了新范式，并為活性物種間的協同與拮抗提供了新的分析視角。
 

圖1.雙面電催化膜通過順序策略調節氧化還原過程
 

　　研究成果以“雙面電催化膜順序策略調節氧化還原過程用于高效污水深度處理”(Janus Electrocatalytic Membrane Enables Tunable Redox via Sequential Tactics toward Ultrafast Water Decontamination)為題，于9月16日正式發表在《環境科學與技術》(Environmental Science & Technology)上，并被選為副封面。
 

　　清華大學環境學院副教授張瀟源為論文通訊作者，環境學院2021級博士生晏妮為論文第一作者。論文共同作者包括環境學院教授黃霞、2025級博士生張家銘、2024屆博士畢業生任騰飛(現為太原理工大學環境學院副教授)和2025屆博士畢業生尹夢茜。