水質淨化新技術為處理廢水帶來新機 從徹底破壞走向精準回收

全球工廠與城鎮每天都排放大量污水，當中含有難以降解的有機污染物，對生態環境及公眾健康造成威脅。然而，業界一貫常用的「高級氧化程序」，本質上是以無差別破壞的方式處理廢水。這種方法不僅需消耗大量氧化劑、總有機碳清除率有限，過程中往往還會衍生出具毒性的化學副產物。

面對這個需要精準治理的環保難題，科大的研究團隊找到了一個截然不同的全新路徑。

團隊由土木及環境工程學系講座教授勞敏慈教授帶領，最新研究成果已刊登於權威期刊《自然·通訊》。他們發現了一種嶄新的無氧化劑電催化機制，能把有害的可溶性污染物精準地轉化為不溶於水、具附加價值的聚合物，讓污水處理從破壞降解邁向資源回收的新境界。

勞敏慈教授解釋：「我們要充分發揮聚合反應處理廢水的潛力，必須突破傳統框架，克服動力學失衡的限制，並提升對目標污染物的選擇性。這項研究的核心突破，在於發現了一種嶄新的機制，能夠精準鎖定有害的可溶性污染物並進行選擇性聚合，將其轉化為不溶於水且具附加價值的產物。這不僅能提升廢水處理效能，更為環境資源回收開闢了新方向。」

分子掛鉤與電子傳遞

這項技術看似簡單，卻極具巧思。與其用化學方法徹底破壞污染物，不如讓它們聚合在一起，以便後續分離和回收。當特定的污染物分子相互結合，便會從水溶狀態轉變為不溶於水、且具疏水性的固體產物。在化學上，這個過程被稱為「聚合反應」。

以往，聚合反應很難在真實污水環境中派上用場。原因在於反應速度不均勻，難以從污水的無數雜質裡精準辨識目標污染物。

為此，科大團隊特製的碘基塗層電極，能施展兩項關鍵任務。首先，碘封端表面充當「分子掛鉤」，能鎖定並抓住特定的污染物分子；捕獲分子後，在溫和陽極極化下，碘會平穩地帶走電子，使污染物分子自動偶合，形成固態、可回收的聚合物。

傳統方法是「寧枉毋縱」，科大的新機制則針對目標污染物「引蛇出洞、一網打盡」，過程中並不需使用烈性化學劑，也沒有二次污染，更可提升廢水處理效能。

勞教授指出：「透過質子與電子轉移的耦合動力學，這套電催化系統能實現高達97.1%的聚合選擇性。我們成功證明，未來的水淨化技術毋須帶破壞性或依賴大量化學藥劑，而是可以達到高選擇性，同時促進資源回收。」

經濟與生態效益兼備

此技術在實際應用方面亦極具潛力，不僅在廣泛酸鹼度（pH 5-9）及複雜的化學環境下均表現卓越，貼合現實工業與市政污水處理的複雜需求。與現行技術比較，能耗比大幅降低了2至4個數量級，每去除一公斤總有機碳僅需耗電 2.93 度，成本低至約 0.3 美元，經濟效益提升近一倍。

由於過程中毋須使用外部氧化劑，新技術有效降低二次污染風險及化學品運輸隱患，更具環境安全性。經 18 項環境指標全面評估，其碳足跡僅為負 42.78 公斤二氧化碳當量，遠低於標準芬頓系統。在斑馬魚胚胎及費氏弧菌測試中，經處理後的廢水生物毒性顯著降低，能支持斑馬魚胚胎正常發育並孵化成為幼魚。

未來潛力

研究團隊成員包括科大副研究員鄭澤校博士、博士生張金、博士後研究員Jonathan J. CALVILLO SOLÍS博士、哲學碩士生張祐銘，以及科大校友Ashutosh KUMAR教授、關小紅教授和董浩然教授。團隊現正積極推進下一階段的研究。

勞教授表示：「我們下一步的重心是開展更大規模研究，以評估這項技術在實際工業應用中的可行性、經濟效益與可持續性。」

勞教授團隊透過重新思考污水處理的機制，為水資源循環開啟了嶄新可能，這項發明正是科大以頂尖科研回應可持續發展、公共健康與經濟效益的最佳範例。