新型 Cu-FeOCl/MWCNTs-COOH/PTFE 电化学膜：高效降解污染物的创新之选

随着工业和生活废水中难降解污染物增多，尤其是抗生素污染物，研究人员以磺胺甲恶唑（SMX）为模拟污染物，研究 Cu-FeOCl/MWCNTs-COOH/PTFE 双金属膜电极降解性能。结果显示该系统降解率高，拓宽了电极适用性。

　　在现代社会，工业生产和日常生活排放的废水里藏着大量 “顽固分子”。这些污染物，像酚类污染物、抗生素污染物和农药污染物等，很难被自然环境降解。特别是水环境中，四环素、阿莫西林、磺胺甲恶唑（SMX）等抗生素污染物大量存在，严重威胁着生态环境和人类健康。目前，吸附、光催化氧化、膜分离和芬顿氧化等方法虽能去除部分抗生素，但都存在一定的局限性。

在这样的背景下，国内研究人员决心寻找更有效的解决方案。他们开展了一项关于利用 Cu-FeOCl/MWCNTs-COOH/PTFE 电化学膜通过电活化过二硫酸盐（PDS）降解污染物的研究。研究结果令人振奋，该复合电极形成的阳极氧化 - 阴极活化 PDS 系统，在流动系统和静态反应中都展现出了高降解率，在流动系统中 1 分钟内降解率可达 97% ，这一成果极大地拓宽了电极的适用性，为解决废水处理难题提供了新的方向。此研究成果发表在《Applied Surface Science》上。

研究人员开展研究时用到的主要关键技术方法有：首先是材料制备技术，将一定量的羧基化多壁碳纳米管（MWCNTs-COOH）过滤到聚四氟乙烯膜（PTFE）表面，再将 FeCl₃·6H₂O 和不同浓度的 CuCl₂·2H₂O 分散在乙醇溶液，通过一系列操作得到不同的催化剂；其次是材料结构和成分表征技术，利用扫描电子显微镜、X 射线衍射、X 射线光电子能谱和傅里叶变换红外光谱仪等对材料进行分析。

材料结构和成分表征

通过扫描电子显微镜观察发现，MWCNTs-COOH/PTFE 基膜表面呈现纤维状结构，负载 FeOCl 催化剂后，在 100nm 放大倍数下可清晰看到电极表面有层状结构，负载铜后还能观察到一些明亮的颗粒状物质。这表明材料的微观结构因成分变化而改变，这种结构变化可能对其性能产生重要影响。

阳极反应

阳极发生一系列复杂的反应。Fe (III)/Cu (I) 与 S₂O₈^2?反应生成 Fe (IV)/Cu (III) 和 2SO₄^2?；Fe (II) 与 O₂反应生成 O₂^•?和 Fe (III) ；S₂O₈^2?与 H₂O 反应生成?OH、2SO₄^2?和 H⁺；SO₄^2?失去电子生成 SO₄^•?。这些反应产生了多种具有强氧化性的活性物种，为污染物的降解提供了有力的 “武器”。

阴极反应

阴极同样发生着重要反应。Fe (III) 得到电子生成 Fe (II)；S₂O₈^2?与 Fe (II)/Cu (I) 反应生成 SO₄^2?、SO₄^•?和 Fe (III)/Cu (II) 等。阴极反应不仅参与生成活性物种，还与阳极反应相互配合，共同促进污染物的降解。

研究结论表明，以 SMX 为模拟污染物，该双金属膜作为阴极和阳极活化 PDS 降解污染物的性能优异。在流动系统和静态反应中都有高降解率，相比其他研究成果更具优势。该研究的重要意义在于，为解决废水中抗生素等污染物的降解问题提供了一种高效、可行的材料和方法，有望推动废水处理技术的进一步发展，对改善水环境质量、保障生态安全和人类健康有着重要的价值。同时，该研究也为后续相关领域的研究提供了参考和借鉴，激励更多科研人员探索更高效的废水处理技术。