碳纳米管膜释放高锰酸盐的力量实现卓越的微污染物去除

随着工业化的快速发展，水污染日益严重。传统的水处理方法无法有效去除有机污染物，高级氧化技术成为一种可能的解决方案。

作为一种潜在的化学氧化剂，高锰酸盐(KMnO4)因其高效、成本效益和高稳定性而被广泛研究用于水净化。然而KMnO4的稳定性差和氧化电位有限(1.68V)限制了其应用。

为了克服这些问题，研究人员尝试了各种创新方法来提高KMnO4的反应活性。不幸的是，由于有毒且昂贵的化学物质的添加以及二次污染的发生，这些路线强烈阻碍了KMnO4氧化的科学进展走向实际应用。近年来，无金属碳材料，特别是碳纳米管(CNT)，由于其环境友好性而成为KMnO4氧化的有吸引力的添加剂。

CNT是一种优异的电子传递介体，已被证明是促进电子从有机分子(电子供体)传递到过硫酸盐(电子受体)的“桥梁”。这可能导致有机污染物(OC)的氧化分解，而不是从KMnO4转化为活性锰物质。

为了克服传质限制，东华大学和哈尔滨工业大学的研究人员设计并建立了流通式KMnO4/CNT系统。

在这项研究中，研究小组设计了一种催化CNT膜，用于KMnO4活化，从而增强微污染物的降解。通过选择合适的运行参数，优化系统的处理效果。

实验数据和理论计算分析揭示了反应机理，并比较了不同体系中高锰酸盐的利用效率。此外，利用先进的分析方法，揭示了目标物质的降解途径，并评估了中间体的毒性。

他们的结果表明，流通式KMnO4/CNT系统优于传统的间歇式反应器。在最佳条件下，单程模式下80μmol/L磺胺甲恶唑(SMX)溶液的去除率>70%(相当于氧化通量2.43mmol/[h·m2])。

实验分析和DFT研究证实CNT可以介导有机分子到KMnO4的直接电子转移，从而使KMnO4具有较高的利用率。

此外，KMnO4/CNT体系具有出色的可重复使用性，并且CNT能够保持持久的反应活性，这为可持续修复微污染物提供了绿色策略。这项研究不仅证明了碳纳米管作为电子介质在高级氧化过程中的潜在应用。而且系统设计稳健、高效，为绿色环境修复提供了新的解决方案。

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