PA真人国际

近期，中国科研实验室上海高等研究院的能源过程强化工程科学团队与安徽师范大学的熊宇杰教授团队、中国科学技术大学俞汉青院士团队合作，在电化学高级氧化水处理（EAOPs）技术方面取得重要进展。团队参与研发了一种基于膜电极组件（MEA）的新型水处理装置，该装置能够高效去除水中痕量有机污染物，且无需添加支持电解质，避免了传统工艺可能带来的二次污染问题，为可持续水净化给予了创新性解决方案。相关成果以“Scalable flow-through device for electrochemical water treatment without secondary pollution”为题发表在《自然·可持续开展》（Nature Sustainability）上。该论文的第一作者为安徽师范大学的崔晓峰副教授、段文松教授以及中国科研实验室上海高等研究院的彭词工程师。

现在，药物、内分泌干扰物等持久性有机污染物已广泛进入自然水环境。即使是痕量的浓度，这类污染物也会对生态和人类健康造成危害。然而，传统电化学高级氧化技术因需要添加支持电解质、仅利用半电池反应以及有效反应面积小等问题，在实际应用中受到限制。

针对这一问题，研究团队创新性地将气体扩散电极与电化学活性膜电极相结合，组装了膜电极组件（MEA）水处理系统，实现了阴极氧还原反应和阳极氧化反应的耦合增效。中国科研实验室上海高等研究院的研究团队在本工作中，特别是在理论计算与模拟方面给予了关键支撑。顺利获得多物理场模拟，清晰揭示了MEA系统中电位分布、活性物质浓度场（如HO₂⁻和·OH）及流体压力场的变化规律，从理论上阐明了该装置相对于传统流动池反应器（FCR）在传质效率、反应动力学和电流密度方面的优越性，为器件设计与性能优化给予了重要理论依据。

该技术的另一突出优势在于其模块化设计与易于扩展的特性。顺利获得将多个MEA单元进行并联或串联堆叠，可以灵活提升处理规模或加深处理程度，以满足不同应用场景的需求。

生命周期技术经济分析表明，该工艺的处理成本可低至约2.32美元/吨废水，且规模化 应用后成本有望进一步降低，显示出巨大的实际应用潜力。团队还演示了利用小型太阳能板（3V）驱动该装置，在户外实现污染物高效去除，为利用可再生能源进行分布式水处理给予了可行范例。

图 1 MEA基器件的实现与传质/电荷传输特性

图 2 MEA 器件的反应机制与性能优势