霍正洋等：基于限域电穿孔 电解氯协同新机制的微生物快速消毒技术
发布时间：2022-07-15
【论文名称】synergistic nanowire-enhanced electroporation and electrochlorination for highly efficient water disinfection
【论文作者】 zheng-yang huo, lea r. winter, xiao-xiong wang, ye du, yin-hu wu, uwe hübner, hong-ying hu, and menachem elimelech
【内容摘要】
病原微生物可通过多种途径感染人体、引发传染病。消毒是杀灭环境中有害微生物、保障安全用水的关键措施。最常见的氯消毒虽可在特定条件下杀灭微生物，但会产生致癌副产物。针对当下微生物高效安全消毒的重大社会需求，霍正洋研究团队开发了一种新型消毒技术，将限域电穿孔与电解氯这两种处理技术巧妙的集成于一个处理单元，实现了对有害微生物物理穿孔 化学氧化的顺序处理，所构建的协同新过程相较于单独处理有极大的提升，实现了1 1>2的理想效果。可实现水中的细菌和病毒的高效消毒。
研究团队利用导体对自由电荷的聚集特性，构建了细长的纳米线结构，可在纳米线尖端聚集大量电荷构建限域强电场。当微生物经过限域强电场时，即可发生损伤，实现基于物理原理的电穿孔。研究进一步发现受损微生物可在极低浓度的氯处理后，快速死亡。基于此，研究团队创新地设计了负极限域电场 正极电解氯消毒的顺序处理技术。所构建的协同消毒技术可先使微生物受伤，破坏抵御氯消毒的重要屏障——细胞膜。随后可利用低剂量氯，精准高效杀灭损伤微生物。该项技术可在低电压（2 v）高通量下（2.4 × 104 l/(m2 h）实现微生物完全杀灭（灭活率>99.9999%），能耗仅需8 × 10−4 kw h/m3。该项技术可有望保障用水安全，满足人民群众用水的重大需求。
限域电穿孔 电解氯协同消毒机制及纳米修饰限域电穿孔电极
消毒效果与协同分析
顺序消毒协同机理总结
研究成果最终以题为“synergistic nanowire-enhanced electroporation and electrochlorination for highly efficient water disinfection”发表在环境科学与工程领域顶级期刊《环境科学与技术》（environmental science &technology），中国人民大学环境学院助理教授霍正洋为论文第一作者，美国耶鲁大学王潇雄博士后为论文通讯作者。本研究可为保障饮用水安全提供理论依据和技术基础。
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