基于三相界面上氧还原特性构建自呼吸生物电Fenton体系(SBBE-Fenton)及零能耗矿化难降解污染物的研究

难降解有机废水的治理是环境工程界面临的难题之一。当前的技术普遍存在处理效率低、稳定性差、能耗高等问题。本课题使用全新的生物电化学技术（BES）处理难降解废水，紧紧围绕BES的核心—阴极反应及三相界面特性开展研究，通过设计新型的电极结构、强化界面上的物质传递以及构筑具有高度选择性的催化剂优化阴极反应，实现有机废水在BES中能源回收和降解效率最大化。首先，提出活性层和扩散层“双层合一”的思想，使用具有优良导电性和化学稳定性的不锈钢网作为基体，在其微界面直接生长对氧气催化具有高度活性和选择性的钴氧化物颗粒催化剂，提高电子和氧气向三相界面的传输效率；其次，在其表面使用EDTA介导质子传递，通过EDTA携带具有强吸电性的氨基与溶液中的PBS争夺质子，实现质子在三相界面的强化传递；最后，通过构筑对氧还原反应具有高度选择性的催化剂，催化氧还原反应以四电子和二电子途径进行，分别使能量输出和污染物降解达到最优。本研究为优化BES阴极三相界面设计提供了理论上的指导，一旦实现，将大大促进BES从废水中回收能源并降解有机物的发展，具有重要的学术价值和环境意义。