通訊作者：劉會娟

通訊單位：清華大學

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在工業高含鹽廢水中，含有多種危害環境的汙染物。從這些廢水中回收幹淨的水、堿和酸，可以促進循環經濟和環境保護。然而，目前的電化學和高級氧化工藝依靠羟基自由基降解有機化合物，效率低且耗能高。

本文報道一種流通式氧化還原中性電化學反應器（FRER），它能有效去除高含鹽廢水中的有機汙染物。該技術通過涉及自由基-自由基間交叉耦合的氯化-脫鹵-羟基化途徑，高效去除了高含鹽廢水中的有機汙染物。實驗表明，FRER在多種化合物上實現了超過75%的總有機碳去除率，並且能夠保持超過360 h的持續淨化能力，以及在連續兩個月處理真實高含鹽廢水的過程中，保持了穩定的脫鹽性能且無腐蝕現象。

將FRER與電滲析集成，與傳統的多效蒸發結晶技術相比，運營成本降低了63.3%，二氧化碳排放減少了82.6%，系統技術成熟度達到7-8級。産生的脫鹽水、高純度氫氧化鈉（>95%）和酸可以抵消工業生産活動，支持全球可持續發展目標。

圖文導讀

圖1：電化學系統從高含鹽廢水中回收資源的3D示意圖

圖2：實驗室規模的FRER有效地分解各種有機化合物

圖3：FRER中各種自由基的識別和定量分析

圖4：自由基-自由基之間的交叉耦合在FRER中去除TOC

總結展望

當前從高含鹽廢水中回收資源的技術存在效率低下、成本高昂和能耗大的問題。它們産生的産品不純，副産品危險，並容易出現膜汙染。本研究開發的集成FRER-ED系統解決了這些問題。與傳統的先進氧化過程相比，FRER采用了熱力學上電化學上有利的CDH礦化路徑，有望從不同的高含鹽廢水中去除有機雜質。FRER出色的脫鹽能力減少了後續用于脫鹽和回收幹淨水、高純度堿和酸的ED的操作成本。

與目前的多效蒸發結晶技術相比，FRER-ED的操作成本降低了63.3%，二氧化碳排放量減少了82.6%。從我們的系統中獲得的去鹽水、氫氧化鈉和酸可以抵消工業生産活動，有助于向更高效、電力驅動的“零排放”技術轉變，遠離能耗大的蒸汽驅動過程。未來，實施優化的自動化系統和工業規模的PC-PT電極對于制造適用于實際應用的電化學設備至關重要。

文獻信息

標題：Redox-neutral electrochemical decontamination of hypersaline wastewater with high technology readiness level

期刊：Nature Nanotechnology DOI：10.1038/s41565-024-01669-3