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聚焦教学科研，促进学院发展。本期“活力环资青春颂”让我们走近刘慧玲博士。
刘慧玲，湖南湘阴人，工学博士。2021年6月毕业于湖南大学，获化学工程与技术博士学位，2024年9月入职皇冠正规娱乐平台。主要从事电化学在环境污染控制与资源化方面的研究与应用，具体研究兴趣包括：高盐卤代有机废水预处理；硝氮选择性还原回收高纯氨；重金属污染水体深度处理；退役锂电池有价金属回收与升级资源化。以第一作者发表Environmental Science & Technology和Water Research各1篇，授权专利2项；主持教育厅科学研究项目与企业技术开发项目各1项，作为骨干成员参与科技部国家重点研发计划项目和国家自然科学基金面上项目各1项。在第十届全国环境化学大会（2019年）和第16届全国水处理化学大会（2023年）上口头汇报研究成果，获得2020年水处理技术创新与前沿应用学术研讨会优秀墙报奖。近年来在水污染防治方面的研究取得以下进展：
一 电催化还原预处理卤代抗生素及其对生物处理系统的影响
如何提高抗生素的脱毒/降解效率并有效地阻止抗性基因（ARGs）的传播是环境领域的重大科学技术问题。脱卤预处理来有效消除卤代抗生素的抗菌活性是提高卤代抗生素生化处理过程效率的理想途径，但学术界对脱卤处理过程中抗性基因表达和微生物抑制作用的影响了解甚少。研究发展了一系列晶态磷化钴（CoP）原位生长型纳米片、纳米线以及纳米管阵列，实现卤代抗生素高效、深度脱卤，性能远超商业加氢催化剂贵金属钯。结果表明，对氟苯尼考的电催化还原脱卤预处理可保持后续生化处理单元的微生物丰度和多样性，从而减少由抗生素引起的微生物抑制作用，并显著降低氟苯尼考抗性基因表达的相对丰度。这项研究证明了发展电催化还原脱卤工艺是安全处理卤代抗生素废水的可靠途径。（Environmental Science & Technology, 2019, 53: 11932-11940，Water Research, 2021, 201(117361)）。
图1 晶态CoP纳米阵列电催化还原脱卤机理及其对微生物系统影响
二 复合膜可控化自组装及电催化膜微界面机制解析
针对低浓度抗生素废水处理效能低等问题，研究发展一种自组装电催化还原MXene（Ti3C2TX）膜反应系统。该系统可截留低浓度小分子污染物增大催化膜表面的污染物浓度，提高污染物被催化降解的效率；二维材料MXene自组装的过滤式膜催化电极的多层绕流构型，可延长流体在膜电极表面的路径，增大污染物与电极的接触，促进对流与扩散传质；与非过滤式电催化过程相比，可促进传质效率，提高污染物降解过程的电流效率和降低体系能耗。最佳操作条件下，FLO去除率高达100%。实验结果表明MXene膜具有自活化功能，且该系统可有效去除五种典型抗生素并削减其抗菌活性。这项研究重点探讨了催化膜运行过程中界面作用机制及传质动力学特征，同时首次发现并解析了MXene在电催化还原过程中的自活化现象及活化机制，以上结果可为电催化膜系统的发展提供新的视角。
图2 自活化MXene电催化还原膜高效去除水体抗生素
三 阳极强化As(III)氧化及深度去除：从基础研究到应用潜力
由于亚砷酸（As(III)）的剧毒性和环境迁移性，净化As(III)污染水体是一项重大挑战。长期以来，由于缺乏调控原则，用于脱毒和去除水体中As(III)的过渡金属氧化物的开发一直依赖于反复试错。这项研究发展了通过电催化强化氧化和吸附策略，用于降低As(III)的毒性并深度去除As(III)。研究设计了原位生长型多孔氧化钴纳米刷阵列作为模型阳极，通过掺杂策略来调控电催化活性和吸附能力。研究发现，在掺杂过渡金属氧化物阳极体系中，电催化活性和吸附性能之间存在权衡关系。由于电场强化作用，即便在不同pH范围、或存在高浓度竞争性阴离子的实际水体中，也能将砷浓度迅速降低至饮用水水平以下。原位生长使其具备无需脱附再生,可直接重复使用的特性，也赋予其发展成便携式砷污染水体修复设备的潜力。这项研究为调控过渡金属氧化物的电催化活性和吸附能力以降低毒性和深度去除天然水中的As(III)提供了一种有效的策略。
图3 电催化氧化-吸附深度去除地下水中As(III)概念图
刘慧玲博士电子邮箱：hl_liu@xtu.edu.cn