类固醇激素是广泛存在于水体中的微污染物之一，它们对人体健康有害，并导致水生环境的生态失衡。卡尔斯鲁厄理工学院（Karlsruhe Institute of Technology, KIT）的研究人员调查了类固醇激素在碳纳米管膜电化学膜反应器中的降解过程。他们发现，类固醇激素吸附在碳纳米管上并不会限制其后续的降解。这项研究成果已发表在《自然通讯》杂志上（DOI: 10.1038/s41467-024-52730-7）。
向全世界提供清洁水是当今和未来的一大挑战。废水中有各种微量有机和无机污染物，尽管浓度很低，但仍然可能对人类和环境造成危害。尤其是内分泌干扰物，如类固醇激素，会影响人体的激素系统。这些物质存在于药物、避孕药和其他产品中，虽然在水中难以检测，但它们会严重危害人类健康，并破坏水生环境的生态平衡。
氧化有助于微污染物降解
传统的水处理方法无法检测或去除类固醇激素。电化学氧化（Electrochemical Oxidation, EO）作为一种有前景的方法，逐渐受到关注；EO系统由阳极和阴极组成，连接到外部电源。通过调节电极上的电能，使污染物在阳极表面发生氧化和降解。电化学膜反应器（Electrochemical Membrane Reactor, EMR）可更有效地利用EO，其中导电膜作为流过电极，改善了质量传递，并使反应分子更容易接触活性位点。
碳纳米管的独特物理和化学性质
卡尔斯鲁厄理工学院先进膜技术研究所（Institute for Advanced Membrane Technology, IAMT）的研究人员与加州大学洛杉矶分校和耶路撒冷希伯来大学的科学家合作，在《自然通讯》特刊“水处理与收获”中发表了关于电化学碳纳米管膜中类固醇激素微污染物降解的研究成果。碳纳米管（Carbon Nanotubes, CNT）直径在纳米级别，具有独特的物理和化学特性。
它们的高导电性使得电子转移效率高。由于其纳米结构，碳纳米管拥有极大的表面积，这使它们能够大量吸附各种有机化合物，从而促进了随后的电化学反应。
——安德烈亚·艾里斯·沙弗教授（Andrea Iris Schäfer），卡尔斯鲁厄理工学院水处理工程教授兼IAMT主任
研究人员使用先进的分析方法研究了EMR中吸附和脱附、电化学反应及副产物生成之间的复杂相互作用。“我们发现类固醇激素的预吸附，即它们在碳纳米管表面的富集，并不会限制后来的激素降解。”IAMT博士后刘思琪博士表示，“我们认为这是由于快速吸附和有效的质量传递所致。”该研究的分析方法有助于确定不同条件下限制激素降解的因素。“我们的分析解释了电化学膜反应器中的一些潜在机制，并为改进电化学策略以消除水中的微污染物提供了宝贵的见解。”沙弗教授总结道。
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