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2024年5月12日上午11:35 • 顶刊解读

第一作者：Gong Zhang, Yongqi Li, Chenxuan Zhao

通讯作者：刘会娟

通讯单位：清华大学

论文速览

在工业高含盐废水中，含有多种危害环境的污染物。从这些废水中回收干净的水、碱和酸，可以促进循环经济和环境保护。然而，目前的电化学和高级氧化工艺依靠羟基自由基降解有机化合物，效率低且耗能高。

本文报道一种流通式氧化还原中性电化学反应器（FRER），它能有效去除高含盐废水中的有机污染物。该技术通过涉及自由基-自由基间交叉耦合的氯化-脱卤-羟基化途径，高效去除了高含盐废水中的有机污染物。实验表明，FRER在多种化合物上实现了超过75%的总有机碳去除率，并且能够保持超过360 h的持续净化能力，以及在连续两个月处理真实高含盐废水的过程中，保持了稳定的脱盐性能且无腐蚀现象。

将FRER与电渗析集成，与传统的多效蒸发结晶技术相比，运营成本降低了63.3%，二氧化碳排放减少了82.6%，系统技术成熟度达到7-8级。产生的脱盐水、高纯度氢氧化钠（>95%）和酸可以抵消工业生产活动，支持全球可持续发展目标。

图文导读

图1：电化学系统从高含盐废水中回收资源的3D示意图

图2：实验室规模的FRER有效地分解各种有机化合物

图3：FRER中各种自由基的识别和定量分析

图4：自由基-自由基之间的交叉耦合在FRER中去除TOC

图5：FRER在长时间运行中的稳定性

图6：FRER-ED的现场应用

总结展望

当前从高含盐废水中回收资源的技术存在效率低下、成本高昂和能耗大的问题。它们产生的产品不纯，副产品危险，并容易出现膜污染。本研究开发的集成FRER-ED系统解决了这些问题。与传统的先进氧化过程相比，FRER采用了热力学上电化学上有利的CDH矿化路径，有望从不同的高含盐废水中去除有机杂质。FRER出色的脱盐能力减少了后续用于脱盐和回收干净水、高纯度碱和酸的ED的操作成本。

与目前的多效蒸发结晶技术相比，FRER-ED的操作成本降低了63.3%，二氧化碳排放量减少了82.6%。从我们的系统中获得的去盐水、氢氧化钠和酸可以抵消工业生产活动，有助于向更高效、电力驱动的“零排放”技术转变，远离能耗大的蒸汽驱动过程。未来，实施优化的自动化系统和工业规模的PC-PT电极对于制造适用于实际应用的电化学设备至关重要。

文献信息

标题：Redox-neutral electrochemical decontamination of hypersaline wastewater with high technology readiness level

期刊：Nature Nanotechnology

DOI：10.1038/s41565-024-01669-3

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