铜碳复合电极协同氯离子调控用于废水硝酸盐高效还原与转化

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Cu/C Composite Electrode for Efficient Reduction of Nitrate in Wastewater

　　本文创新性地采用电沉积法制备Cu/C复合电极，通过三维碳纸基底与Cl?离子的协同调控，实现了硝酸盐还原过程中效率（模拟废水59.15%，实际废水86.74%）、选择性（N2>92%）和稳定性的协同提升。该研究为复杂水体环境中铜基电极设计与反应路径优化提供了新策略。

　　

亮点

本研究通过电沉积法在三维碳纸（CP）上均匀负载铜纳米颗粒（50-100 nm），构建的Cu/CP电极具有更大的电化学活性面积（ECSA = 3.35 cm2）和优异的电子传输能力。在含Cl?（0.07 M）的实际废水中，硝酸盐去除率达86.74%，同时铵氮（NH₄⁺ <1.5 mg/L）和亚硝酸盐（NO₂^- <0.2 mg/L）被有效抑制，氮气（N₂）选择性超过92%。机理研究表明，Cl?不仅促进界面离子传输，还在铂阳极生成次氯酸（ClO?），将中间态含氮物质（如NH_x）进一步氧化为N₂，实现反应路径的精准调控。

结论

本研究通过系统优化电沉积参数，发现以碳纸为基底、在-1.2 V下沉积30分钟制备的Cu/C电极性能最优，其电化学活性面积达3.35 cm2，电荷转移电阻仅5.27 Ω。该电极在硝酸盐还原过程中表现出高效率和高选择性，且成本较贵金属电极降低约60%，为实际废水处理提供了高效稳定的电化学解决方案。