西部两城市道路粉尘中轮胎与路面磨损颗粒的区域特异性驱动因素及来源解析

本文创新性地构建了基于镍铁双金属原子催化剂（NiFe-NCNTs-CP）的流通式微纳空间限域电芬顿系统，通过3电子氧还原反应（ORR）高效生成羟基自由基（•OH），其累积浓度高达6092 μmol L?1 min?1。该系统在60秒内实现氟苯尼考等5种抗生素100%去除（C0=20 mg L?1），处理实际医疗废水稳定运行8天，能耗仅7.35 kWh kg(COD)?1，为有机废水处理提供了高效工程化解决方案。

　　

Highlight

羟基自由基（•OH）因其2.38 V（vs SHE）的高氧化电位成为水处理利器，但传统电芬顿技术受限于•OH的短寿命（<10 μs）和传质效率低。本研究通过微纳空间限域策略突破瓶颈——在碳化松木（CP）通道内生长负载NiN₄-FeN₄双位点的碳纳米管（NiFe-NCNTs-CP），构建了革命性的流通式反应系统。

催化剂特性

TEM显示NCNTs内无金属颗粒（图1f），X射线吸收谱证实Ni/Fe以单原子形式存在（图2a）。同步辐射表明NiN₄促进O₂→H₂O₂转化，FeN₄则驱动H₂O₂→•OH，二者协同实现3电子ORR路径（图2d）。

限域效应魔法

微米级木材通道（30 μm）与纳米级CNTs空腔形成双重限域：

1. 局部•OH浓度提升3.7倍（vs 非限域体系）

2. 传质距离缩短至50 nm，污染物捕获效率达92%

3. 236 L m^?2 h^?1通量下仍保持6092 μmol L^?1 min^?1的•OH产率

抗生素清除实战

60秒快速歼灭抗生素天团：

• 氟苯尼考、甲砜霉素、氯霉素——100%降解

• 磺胺甲恶唑、四环素——完全矿化

实际医疗废水处理中，系统连续运行192小时无衰减，出水达到排放标准且彻底消除抗菌活性。

环境启示录

这项研究将纳米限域科学与环境工程完美融合：

? 能耗降低60%（对比传统电芬顿）

? 催化剂稳定性>500小时

? 为抗生素污染治理提供"秒级"解决方案

Conclusion

通过原子级精准设计的NiFe-NCNTs-CP催化剂与微纳限域空间的协同作用，成功突破了电芬顿技术工程化应用的•OH利用效率瓶颈。该体系展现的"高通量-高效率-低能耗"特性，为水处理领域树立了新标杆。