电化学-多相臭氧催化技术界面动力学特性研究领域取得进展
近日，我院李新洋副教授、姚宏教授联合在环境领域学术期刊Journal of Hazardous Materials Advances 上发表了题为 “Electro-catazone treatment of ozone-resistant drug ibuprofen: Interfacial reaction kinetics, influencing mechanisms, and degradation sites” 的论文。基于我院李新洋老师2016年开发的新型高级氧化技术（电化学-多相臭氧催化工艺，E-catazone），文章通过构建E-catazone工艺的基元反应库系统地解析了臭氧惰性药物（布洛芬）降解过程中的关键界面反应动力学特征和影响机理，通过理论计算进一步解析了布洛芬的降解途径，研究结果为难降解微污染物去除提供了重要的基础数据。
背景介绍：臭氧惰性药物的高效去除是新型污染物治理的难点。布洛芬 (IBP) 作为典型惰性药物和广谱抗炎药，在医疗污水中浓度可达每升数百微克，环境危害极大。近年来，基于电化学-臭氧耦合工艺的高级氧化技术(电-过臭氧氧化、电-多相臭氧催化和电解耦合臭氧氧化) 被认为可有效降解布洛芬，可通过电化学作用将 O3 转化为活性氧 (ROS)，因而操作简单、无需外部试剂、降解效率高。其中O3在电极界面的基元反应是决定电化学催化O3产ROS的关键，其界面动力学特性是决定药物降解和 ROS 生成的重要因素。
基于负载二氧化钛纳米花涂层的多孔钛曝气电极（TiO2-NF@PTGD），E-catazone工艺将O3曝气器、多相催化剂和电极高度集成，实现了电化学氧化、臭氧多相催化的高效协同。前期研究虽然已经证明电化学作用可促进曝气阳极上的TiO2-NF表面羟基化，加速O3在TiO2界面催化转化产生ROS，实现臭氧惰性药物的高效协同去除。但是， E-catazone工艺的基元反应种类、关键反应动力学特性、影响机理等并不明晰，亟待解决。
核心成果与研究意义：E-catazone工艺在各种运行参数条件下均能高效地去除臭氧惰性药物布洛芬。其主要归功于高效的界面基元反应，实现了界面非均相和液相均相O3反应的同步强化。通过构建基元反应动力学库模拟与定量解析，表明布洛芬的快速降解主要由生成·OH的关键界面基元反应决定，其速率常数受运行和水质条件的影响显著；进一步地通过理论计算阐明了E-catazone工艺中布洛芬的降解机理：通过RAF途径被·OH降解，苯环上的C(12)、C(11)和C(6)原子为反应位点。综上，E-catazone工艺作为一种高效去除臭氧惰性药物的水处理工艺，可应用于制药、医院等工业废水处理。本文结果将为E-catazone技术的应用提供基础数据，并为有机废水的高效处理提供新的思路。