网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

华南理工刘德桃课题组受树木生长启发提出全新固态电芬顿策略,可帮助应对空气和水污染,并有望用于杀灭气溶胶病毒、病菌

0
分享至

  
在全球工业飞速发展的同时,空气和水污染等环境问题日益突出,并对人类的健康产生了威胁。高级氧化技术(Advanced Oxidation Process,AOPs)因能产生强氧活性的羟基自由基(OH•)(氧化还原电位~2.8 V),使其能快速分解绝大多数的有机污染物、病毒及细菌并产生的 CO2 和水,能在一定程度上帮助应对这些环境危机。

  图 | 刘德桃(来源:刘德桃)

  
其中,电芬顿(Electro-Fenton,EF)技术作为一种新兴的绿色氧化技术,可电化学合成清洁的 H2O2 及活化生成强氧化性的 OH•。然而,当前电芬顿技术仍存在低 H2O2 生产效率、复分解、低 O2 传质效率、采用液态电解质或昂贵的离子交换膜等技术瓶颈,严重制约了其规模化生产与广泛应用。

  
近日,华南理工大学轻工科学与工程学院副研究员刘德桃课题组利用自然界中的空气、水和木材,研制成功了一种全新的固态电芬顿技术,可在阴极流室连续生成高浓度的 H2O2,并能在室温条件下活化生成大量的 OH• 持续高效分解水体和气态有机污染物,如可在室温条件下将气态甲苯矿化为无毒的 CO2 和 H2O。

  (来源:刘德桃)

  2022 年 4 月 12 日,相关研究工作以《用于固体电芬顿策略的天然木材固体离子导体》(Natural wood-derived solid ionic conductor for solid electro-Fenton strategy)为题在 Cell Press 旗下期刊 Cell Reports Physical Science 上发表,刘德桃担任通讯作者。

  图 | 相关论文(来源:Cell Reports Physical Science)

  据了解,该团队充分利用多孔性天然木材的结构优势,通过光聚合及冷冻盐析技术在木材腔壁表面构筑双网络聚合物-离子输运结构,制备出一种新颖的木材准固态离子导体,不仅以此替代了传统液态电解质和离子交换膜,而且将天然木材自上而下定向运输离子与水分子的特有微通道结构保留下来。

  凭借其优异的离子电荷输运机制及连续贯穿的胞腔结构优势,以及阴极流室内部形成的高效稳定气-液-固三相界面,这种木材准固态离子导体可高效输运空气、H2O 及离子电荷,实现可持续的固态电芬顿反应机制,从而高效且稳定地生成高浓度的 H2O2 及巨量的 OH•。

  相比传统的电芬顿技术,该团队所开发的固态电芬顿电化学反应器件极大地提升了 O2 的传质和利用效率以及电子转移效率,能够在相同条件下使 H2O2 产量增加近 6 倍,且阳极氧化 H2O 产生的 O2 和 H+ 亦可持续为阴极流室 H2O2 的电化学合成提供原料协同保障。

  据悉,在水流速为 66.4mLh-1 和空气通量为 0.8Lmin-1 时,该器件可连续合成高达 499.0mgL-1 浓度的 H2O2,而在仅通入空气时也能在 120min 内累积浓度为 4940.0mgL-1 的 H2O2。

  
而且,通过 FeOCl 在宽 pH 区间内优异的 Fe3+/Fe2+ 氧化还原循环,该器件能将苯甲酸检测 OH• 的激发峰强度提升近 4 倍,并对高流速(341.0mLh-1)酸性罗丹明 B 溶液长周期实时的去除率高达 99.9%,中性环境下也可达到 96.8%。

  
除此之外,该技术还对盐酸四环素(Tetracycline Hydrochloride)和对硝基苯酚( Nitrophenol PNP)等难降解水体有机污染物具有高效的分解能力。例如,室温条件下可持续矿化极为稳定的气相甲苯,且对不同浓度的甲苯均可持续矿化分解生成大量 H2O 和 CO2。

  值得一提的是,研究人员还通过后续的 VOCs(Volatile Organic Compounds)净化验证得出,该器件还具备类似于空气净化器的功效,可高效净化气态有机污染物。与空气净化器不同的是,该器件采用的是气相电化学方法,而非当前主流的物理吸附、光催化等技术,且分解过程中仅使用了大自然中无处不在的水分子和空气,而不仅通过化工原料等产品来实现的。据悉,该团队已与深圳相关企业在气态污染物净化方面展开了产学研合作与应用研究。

  据介绍,“该团队一直专注于研究自然界树木在生长过程中的物质运输机制,试图运用材料表面微尺度操纵技术来发展功能木材、纸、膜及其仿生纳米结构的宏量制备科学及工程技术,以得出对 H2O 和 CO2 等自然界可再生资源的高效捕获与转化机制。此外,他们还对低碳健康材料、水/空气净化、光学与噪声控制、固态电化学以及湿-热电池系统等领域的关键应用有极大的兴趣。”

  该团队表示,其提出的天然木材腔壁离子输运结构及其固态电芬顿技术,具有低成本、高效率、可持续和绿色低碳的优势,为高效降解水体、气态有机污染物的高级氧化技术与方法提供了一个新的思路,并兼具理论价值与应用潜力。目前,他们已申请多项知识产权专利,希望能够尽快获得合作推广。

  此外,经进一步分析认为,该项新技术成果在杀灭气溶胶病菌等有关呼吸健康和气态传染病防治领域,也具有非常重要的应用前景。

  
-End-

  
参考:
1.DetaoLiu et al. Natural wood-derived solid ionic conductor for solid electro-Fenton strategy. Cell Reports Physical Science (2022)https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2022.100857

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
到了交房租的日子,租客不辞而别,留下了一张字条和277元现金,“身上实在没钱了,就剩这么多,都给你了”;房东:押金和277元全额退回

到了交房租的日子,租客不辞而别,留下了一张字条和277元现金,“身上实在没钱了,就剩这么多,都给你了”;房东:押金和277元全额退回

扬子晚报
2026-10-27 10:03:03
金钟奖/庄凯勋泪夺视帝高喊:我是台湾演员! 3声道超暖致词感动全场

金钟奖/庄凯勋泪夺视帝高喊:我是台湾演员! 3声道超暖致词感动全场

ETtoday星光云
2026-10-26 23:51:03
局势很严重了,大家抓紧做好准备吧!!

局势很严重了,大家抓紧做好准备吧!!

温伯陵的烟火人间
2026-10-28 02:46:02
传闻,姆巴佩侮辱"教员"!央视已叫停涉及姆巴佩的西甲赛事播出,其相关广告也全部下架!截止发稿,姆巴佩和皇马仍未道歉回应

传闻,姆巴佩侮辱"教员"!央视已叫停涉及姆巴佩的西甲赛事播出,其相关广告也全部下架!截止发稿,姆巴佩和皇马仍未道歉回应

开成运动会
2026-10-27 15:38:29
联赛第一!北京轻取山东豪取5连胜 周琦两双桑普森布朗均22分

联赛第一!北京轻取山东豪取5连胜 周琦两双桑普森布朗均22分

醉卧浮生
2026-10-27 21:38:44
需警惕:全民几乎不看电视、拒接陌生来电,这是一场双向的消耗

需警惕:全民几乎不看电视、拒接陌生来电,这是一场双向的消耗

云霄纪史观
2026-10-27 05:42:51
联合国认定俄当局犯战争罪

联合国认定俄当局犯战争罪

名人苟或
2026-10-27 15:36:16
自媒体人"徽剑" 因曝光电诈骨干被灭口,谁透露了他的地址、照片、车牌号?

自媒体人"徽剑" 因曝光电诈骨干被灭口,谁透露了他的地址、照片、车牌号?

新商业派
2026-10-27 13:52:30
胡锡进:姆巴佩严重无知!应该主动了解中国舆论禁忌 希望他诚恳道歉

胡锡进:姆巴佩严重无知!应该主动了解中国舆论禁忌 希望他诚恳道歉

念洲
2026-10-27 14:19:34
旭日旗事件越闹越大!陈宇昕三代都是亲日分子,母亲身份已澄清

旭日旗事件越闹越大!陈宇昕三代都是亲日分子,母亲身份已澄清

平老师666
2026-10-27 20:56:19
菲媒:中国航母进入菲律宾15海里,且未能及时发现

菲媒:中国航母进入菲律宾15海里,且未能及时发现

世家宝
2026-10-27 13:39:11
四姐妹都当失足女赚钱,嫌分赃不均,2012年三妹叫2个情夫杀大姐

四姐妹都当失足女赚钱,嫌分赃不均,2012年三妹叫2个情夫杀大姐

汉史趣闻
2026-10-27 19:04:42
采访姆巴佩的媒体道歉:视频拍摄于4月!冒犯中国人民 致以诚挚歉意

采访姆巴佩的媒体道歉:视频拍摄于4月!冒犯中国人民 致以诚挚歉意

念洲
2026-10-28 06:30:02
一百万买一条命:判决书里,权力最大的人被隐去了名字

一百万买一条命:判决书里,权力最大的人被隐去了名字

卉姐
2026-10-27 11:50:47
4-6大冷门,英超第2不敌低级别英乙第18,阿森纳无缘英联杯八强

4-6大冷门,英超第2不敌低级别英乙第18,阿森纳无缘英联杯八强

侧身凌空斩
2026-10-28 06:11:01
菜市场部分猪头肉常温放四五天不发粘不变色?工人“揭秘”:煮之前加一小把亚硝酸钠

菜市场部分猪头肉常温放四五天不发粘不变色?工人“揭秘”:煮之前加一小把亚硝酸钠

闪电新闻
2026-10-27 21:49:22
选情告急,内塔尼亚胡面临政治大考

选情告急,内塔尼亚胡面临政治大考

环球时报国际
2026-10-27 09:53:21
消失两年的反诈博主,都以为他“被抓了”,原来是被境外电诈金主买凶绑架后折磨致死了。

消失两年的反诈博主,都以为他“被抓了”,原来是被境外电诈金主买凶绑架后折磨致死了。

贴小君
2026-10-27 11:29:35
随着科莫3-1逆转,罗马4-2逆转,拉齐奥6-2,意甲最新积分榜出炉

随着科莫3-1逆转,罗马4-2逆转,拉齐奥6-2,意甲最新积分榜出炉

侧身凌空斩
2026-10-28 05:45:38
日方收到通知,下个月没时间接待,中方要把时间留给更重要的事

日方收到通知,下个月没时间接待,中方要把时间留给更重要的事

共工之锚
2026-10-28 00:51:46
2026-10-28 07:44:49
DeepTech深科技 incentive-icons
DeepTech深科技
麻省理工科技评论独家合作
17412文章数 515281关注度
往期回顾 全部

科技要闻

M6芯片版14英寸MacBook Pro:15999元起

头条要闻

法国访谈节目《The Bridge》就姆巴佩事件道歉

头条要闻

法国访谈节目《The Bridge》就姆巴佩事件道歉

体育要闻

世界上最无趣的前锋,拿下了金球奖

娱乐要闻

芒果遇到厉娜和许飞笑发财了!

财经要闻

订单越厚,账单越重:算力租赁的杠杆游戏

汽车要闻

纯电续航1003km 大五座SUV腾势N8正式开启预订

态度原创

教育
时尚
游戏
房产
数码

教育要闻

人民日报: 家庭教育比学校教育更重要, 父母使命大于老师责任(老师转给家长)

尹佳恩:世界尚未给出答案

《影之刃零》联名XR眼镜推出 售价599美元

房产要闻

从全国第一跌到第七!海南人,放下生娃焦虑!

数码要闻

三星发布首款开放式耳机Galaxy Buds On 集成Gemini Live人工智能助手

无障碍浏览 进入关怀版