Oxygen reduction reaction coupled electro‐oxidation for highly‐efficient and sustainable water treatment

电解 析氧 氧气 电解质 化学 电解水 废水 氧化还原 化学工程 材料科学 环境工程 环境科学 无机化学 电化学 电极 物理化学 有机化学 工程类
作者
Xiaomeng Ran,Hehe Qin,Xiangyun Liu,Chengcheng Chu,Qiuju Li,Hongying Zhao,Shun Mao
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
被引量:1
标识
DOI:10.1002/anie.202414481
摘要

Electro-oxidation (EO) technology demonstrates significant potential in wastewater treatment. However, the high energy consumption has become a pivotal constraint hindering its large-scale implementation. Herein, we design an EO and 4-electron oxygen reduction reaction coupled system (EO-4eORR) to replace the traditional EO and hydrogen evolution reaction (HER) coupled system (EO-HER). The theoretical cathodic potential of the electrolytic reactor is tuned from 0 V (vs. RHE) in HER to 1.23 V (vs. RHE) in 4eORR, which greatly decreases the required operation voltage of the reactor. Moreover, we demonstrate that convection can improve the mass transfer of oxygen and organic pollutants in the reaction system, leading to low cathodic polarization and high pollutant removal rate. Compared with traditional EO-HER system, the energy consumption of the EO-4eORR system under air aeration for 95% total organic carbon (TOC) removal is greatly decreased to 2.61 kWh/kgTOC (only consider the electrolyzer energy consumption), which is superior to previously reported EO-based water treatment systems. The reported results in this study offer a new technical mode for development of highly efficient and sustainable EO-based treatment systems to remove organic pollutants in waste water.
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