电催化产臭氧研究进展

电催化产臭氧技术是一种高效且环保的水处理技术，近年来在该领域的研究取得了显著进展。以下是一些关键的研究进展概述：

1. 无铅电催化剂的开发：传统的电解水产臭氧技术中，铅基催化剂的使用存在环境和健康风险。因此，开发无铅电催化剂成为研究的重点。最近的研究进展显示，通过系统工作，已经开发出了低压电解水产臭氧的无铅体系，这包括含铅、少铅以及无铅体系1。

2. 电化学形成臭氧的效率提升：在电化学形成臭氧的研究中，早期使用的PbO2涂层阳极在室温下的电流效率约为13%2。然而，随着新型材料的开发，如锑掺杂氧化锡（ATO）和镍掺杂氧化锡（NATO），室温下的电流效率已经提升至约50%，这使得电化学形成臭氧的过程在能源效率上与电晕放电过程（CDP）相当，甚至更高2。

3. 电催化臭氧技术（electro-peroxone）的应用：电催化臭氧技术通过结合O3和电化学技术，有效克服了传统臭氧氧化和电化学氧化的局限性。该技术不仅提高了污染物的降解效率，还利用了产O3过程中逸散的O2，通过原位电产H2O2与O3发生臭氧化反应生成羟基自由基（HO•），实现有机污染物的快速降解和矿化3。

4. 催化臭氧氧化技术的机理研究：催化臭氧氧化技术利用O3活化产生的活性氧物种（ROS）高效去除水体中的难降解有机污染物。尽管实验方法难以直接监测催化过程中O3活化及ROS的具体路径，但研究团队已经通过深入调研和模拟，揭示了原子掺杂石墨烯表面O3活化机理4。

5. 电化学生成臭氧的影响因素：电化学生成臭氧的产量和电流效率受到多种因素的影响，包括阳极材料、支持电解质和质子交换膜等。这些因素对电化学生成臭氧的过程至关重要，并且已有研究综述了这些因素的具体影响5。

6. 氧化铅与臭氧分子的相互作用：浙江工业大学的研究团队通过多尺度计算揭示了氧化铅与臭氧分子之间存在强相互作用，并形成了相对稳定的“动态活性位”，这有助于提高电催化产臭氧的效率6。

7. 电化学生成臭氧的实验技术和机制：电化学生成臭氧的机制研究涵盖了从Schönbein在1800年代初期至今的工作。研究描述了用于研究电化学臭氧生成机制的实验技术，以及最常引用的机制，并讨论了该机制的实验证据7。

8. 电催化臭氧氧化处理的效果：电催化臭氧氧化处理在去除膜浓水中的COD和TOC方面表现出色，其一级反应速率常数显著高于单独电催化氧化和单独臭氧氧化。此外，电催化臭氧氧化技术处理后膜浓水的残存生物毒性显著降低，显示出良好的毒性削减效果8。

综上所述，电催化产臭氧技术的研究进展表明，该技术在提高水处理效率、降低环境风险以及增强能源效率方面具有巨大的潜力。随着新材料的开发和机理研究的深入，电催化产臭氧技术有望在未来的水处理和消毒领域发挥更加重要的作用。