电化学协同催化臭氧化系统：一种高效节能的有机废水处理新策略

本研究创新性地提出了一种集成电化学原位臭氧生成与催化增强（EOCO）的系统，通过Sb-SnO2阳极低电位产臭氧（E0=1.51 V）和MnxCu1-xO催化层分解臭氧生成·OH与1O2，实现了酚类污染物高效降解（能耗降低36.2%），并在酸性水杨酸废水长期处理中保持90%以上TOC去除率，为工业废水处理提供了可持续解决方案。

　　

Highlight

本研究构建的电化学原位臭氧协同催化氧化（EOCO）系统，通过Sb-SnO₂阳极的低电位臭氧生成（E⁰=1.51 V）和Mn_xCu_1-xO催化层对臭氧的即时分解，实现了·OH与¹O₂的高效联产。该系统摒弃传统高浓度臭氧输出模式，转而追求与下游催化能力匹配的稳定臭氧供给，使苯酚降解效率媲美硼掺杂金刚石（BDD）电极的·OH氧化法，同时能耗降低36.2%。

Construction and functional integration of the EOCO system

如图2a所示，EOCO系统将Sb-SnO₂阳极的原位臭氧生成与多孔Ti泡沫负载的Mn_xCu_1-xO催化层（OCL）紧密结合。这种设计使液相臭氧即生即用，避免了气相臭氧传输损耗。通过调控电流密度（10-50 mA/cm²）和催化剂组分（Mn/Cu摩尔比1:1），系统在pH=3时臭氧利用率达92%，·OH产率比单独电解提高4.3倍。

Conclusions

EOCO系统通过电化学-催化模块的功能协同，以1.51 V的低电位启动臭氧链式反应，结合Mn_xCu_1-xO催化剂的"臭氧缓冲"效应，在350小时连续处理酸性水杨酸废水时仍保持>90% TOC去除率。生命周期评估显示其碳足迹较传统·OH氧化法减少41%，为高盐、高酸工业废水处理提供了"节能不减效"的新范式。