水质净化新技术为处理废水带来新机 从彻底破坏走向精准回收

全球工厂与城镇每天都排放大量污水，其中含有难以降解的有机污染物，对生态环境及公众健康造成威胁。然而，业界一贯常用的「高级氧化程序」，本质上是以无差别破坏的方式处理废水。这种方法不仅需消耗大量氧化剂、总有机碳清除率有限，过程当中往往还会衍生出具毒性的化学副产物。

面对这个需要精准治理的环保难题，科大的研究团队找到一个截然不同的全新路径。

团队由土木及环境工程系讲座教授劳敏慈教授带领，最新研究成果已刊登于权威期刊《自然·通讯》。他们发现了一种嶄新的无氧化剂电催化机制，能把有害的可溶性污染物精准地转化为不溶于水、具附加价值的聚合物，让污水处理从破坏降解迈向资源回收的新境界。

劳敏慈教授解释：「我们要充分发挥聚合反应处理废水的潜力，必须突破传统框架，克服动力学失衡的限制，并提升对目标污染物的选择性。这项研究的核心突破，在于发现了一种嶄新的机制，能够精准锁定有害的可溶性污染物并进行选择性聚合，将其转化为不溶于水且具附加价值的产物。这不仅能提升废水处理效能，更为环境资源回收开辟了新方向。」

分子挂钩与电子传递

这项技术看似简单，却极具巧思。与其用化学方法彻底破坏污染物，不如让它们聚合在一起，以便后续分离和回收。当特定的污染物分子相互结合，便会从水溶状态转变为不溶于水、且具疏水性的固体产物。在化学上，这个过程被称为「聚合反应」。

以往，聚合反应很难在真实污水环境中派上用场。原因在于反应速度不均匀，难以从污水的无数杂质里精准辨识目标污染物。

为此，科大团队特制的碘基涂层电极，能施展两项关键任务。首先，碘封端表面充当「分子挂钩」，能锁定并抓住特定的污染物分子；捕获分子后，在温和阳极极化下，碘会平稳地带走电子，使污染物分子自动偶合，形成固态、可回收的聚合物。

传统方法是「宁枉毋纵」，科大的新机制则针对目标污染物「引蛇出洞、一网打尽」，过程当中并不需使用烈性化学剂，也没有二次污染，更可提升废水处理效能。

劳教授指出：「透过质子与电子转移的耦合动力学，这套电催化系统能实现高达97.1%的聚合选择性。我们成功证明，未来的水净化技术毋须带破坏性或依赖大量化学药剂，而是可以达到高选择性，同时促进资源回收。」

经济与生态效益兼备

此技术在实际应用方面亦极具潜力，不仅在广泛酸碱度（pH 5-9）及复杂的化学环境下均表现卓越，贴合现实工业与市政污水处理的复杂需求。与现行技术比较，能耗比大幅降低了2至4个数量级，每去除一公斤总有机碳仅需耗电 2.93 度，成本低至约 0.3 美元，经济效益提升近一倍。

由于过程当中毋须使用外部氧化剂，新技术有效降低二次污染风险及化学品运输隐患，更具环境安全性。经 18 项环境指标全面评估，其碳足迹仅为负 42.78 公斤二氧化碳当量，远低于标准芬顿系统。在斑马鱼胚胎及费氏弧菌测试中，经处理后的废水生物毒性显著降低，能支持斑马鱼胚胎正常发育并孵化成为幼鱼。

未来潜力

研究团队成员包括科大副研究员郑泽校博士、博士生张金、博士后研究员Jonathan J. CALVILLO SOLÍS博士、哲学硕士生张祐铭，以及科大校友Ashutosh KUMAR教授、关小红教授和董浩然教授。团队现正积极推进下一阶段的研究。

劳教授表示：「我们下一步的重心是开展更大规模研究，以评估这项技术在实际工业应用中的可行性、经济效益与可持续性。」

劳教授团队透过重新思考污水处理的机制，为水资源循环开启了嶄新可能，这项发明正是科大以顶尖科研回应可持续发展、公共健康与经济效益的最佳范例。