现代化工

现代化工 ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (4) : 169-175. DOI: 10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2026.04.028

科研与开发

强化电絮凝系统构建及其深度处理机制研究

李欣烨 ¹^,³ ,
徐洪斌 ² ,
李国强 ²^,^* ,
李丹 ¹^,³ ,
张新瑜 ¹^,³

作者信息 +

Construction of an enhanced electrocoagulation system and investigation of its advanced treatment mechanisms

LI Xin-ye ¹^,³ ,
XU Hong-bin ² ,
LI Guo-qiang ²^,^* ,
LI Dan ¹^,³ ,
ZHANG Xin-yu ¹^,³

Author information +

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Received		Published
2025-06-27		2026-04-20
Issue Date	Revised Date
2026-04-16	2025-06-27

PDF (3905K)

摘要

针对淀粉废水深度处理问题,采用电絮凝与空气电极耦合工艺,实现低能耗下淀粉废水二级出水的深度处理。通过优化阴极制备工艺,采用酸化炭黑与聚四氟乙烯(PTFE)以1.2∶1的质量比制备复合空气阴极,其H₂O₂产率达14.73 mg/(h·cm²),电流效率为86%。在电流密度20 mA/cm²、pH 4.0条件下,与传统电絮凝系统相比,空气阴极电絮凝系统对化学需氧量(COD)和浊度的去除效率分别提升了20%和10%。机理研究表明,该系统除电絮凝过程产生的羟基自由基(·OH)外,空气阴极电化学反应额外贡献了16%的COD去除率。在能耗方面,该系统表现出显著优势,空气阴极电絮凝系统单位能耗为1.58 kW·h/m³,较传统系统降低约34%,为高浊度有机废水深度处理提供了高效、低耗的解决方案。

Abstract

For the issue of advanced treatment of starch wastewater,an electrocoagulation process coupled with an air-breathing cathode was employed to achieve advanced treatment of starch wastewater secondary effluent under low energy consumption.Through optimized cathode fabrication,a composite air cathode was prepared using acidified carbon black and polytetrafluoroethylene (PTFE) at a mass ratio of 1.2∶1,achieving an H₂O₂ production rate of 14.73 mg/(h·cm²) with a current efficiency of 86%.Under operational conditions of 20 mA/cm² current density and pH 4.0,the air-cathode electrocoagulation system demonstrated 20% and 10% higher removal efficiencies for COD and turbidity,respectively,compared to conventional electrocoagulation systems.Mechanistic investigations revealed that,in addition to hydroxyl radicals (·OH) generated during the electrocoagulation process,the electrochemical reactions at the air cathode contributed an additional 16% to COD removal.The system exhibited significant energy efficiency advantages,with a specific energy consumption of 1.58 kW·h/m3,representing an approximate 34% reduction compared to traditional systems.This innovative approach provides an efficient and energy-saving solution for the treatment of high-turbidity organic wastewater.

Graphical abstract

关键词

水处理技术 / 改性电极 / 电絮凝强化技术

Key words

water treatment technology / modified electrode / enhanced electrocoagulation technology

引用本文

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李欣烨,徐洪斌,李国强,李丹,张新瑜. 强化电絮凝系统构建及其深度处理机制研究[J]. , 2026, 46(4): 169-175 DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2026.04.028

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淀粉废水的产生量庞大,且处理难度高^[1-3]。据统计,2022年中国淀粉及其衍生物年产量高达 3 959.53万吨,其中含有大量难降解有机污染物,给水环境治理带来巨大压力^[4-5]。传统二级处理后淀粉废水仍具有以下特征:化学需氧量(COD)为200~250 mg/L,BOD₅/COD_Cr比值低于0.3,TOC浓度为70~100 mg/L,浊度值在150~200 NTU范围内,且呈弱酸性(pH≈4.4)^[6],难以满足《淀粉工业水污染物排放标准》(GB 25461—2010)^[7]的要求。这不仅加剧了水体富营养化等环境问题,还对生态系统造成了严重威胁,亟需开发更为高效的处理技术。

近年来,基于气体扩散电极原理的空气阴极电化学技术在处理生活污水、啤酒废水、蔗糖废水、垃圾渗滤液等方面展现出诸多优势^[8]。Lu等^[9]构建一个20 L的空气阴极系统并对啤酒厂废水处理并运行近1年,验证了空气阴极系统在废水处理中具有长期稳定性和高效性,最高COD去除效率可达94.6%。Alismaeel等^[10]利用电絮凝技术和空气阴极去除医院废水时提到空气阴极会提供更加高效的氧化剂促进水中COD的降解。Souza等^[11]利用电絮凝混合工艺处理乳制品废水时提到组合工艺可以有效增强溶液中悬浮固体和溶解性有机化合物的降解性。Espinoza-Quiñones等^[12]利用电絮凝混合工艺处理啤酒废水时提到,电絮凝法促进悬浮固体和金属的去除,而电芬顿法则促进剩余有机化合物的进一步降解。

空气阴极电絮凝混合工艺电极传质效率、能耗、氧化剂利用效率受电极材料、催化剂、粘合剂配比等因素影响。多项研究表明,采用炭黑、碳纳米管、活性炭等材料可有效提高空气阴极产过氧化氢速率和曝气量,合理配比可提高废水处理效率。但目前对空气阴极电絮凝混合工艺的研究多集中在不同电流的设定、溶液初始pH和电解时间对溶液浊度和COD的影响,对空气阴极材料制备以及后续机理分析等方面的研究相对较少。本研究以淀粉废水二级出水为目标废水,通过优化阴极催化剂配方和电极结构参数,构建高效空气阴极电絮凝反应器。研究重点考察了系统对COD和浊度的协同去除效能,结合电极表面特性分析和絮体形态表征,阐明了污染物去除机制。同时,对比传统电絮凝系统的运行参数,评估了该技术的经济性和可行性,为电絮凝技术的改进提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料与装置

1.1.1 实验水质与仪器

本实验采用淀粉工业废水二级出水作为处理对象,其浊度为150~200 NTU、COD为150~260 mg/L、氨氮为20~30 mg/L、总氮为60~80 mg/L、pH=4。为准确评估处理效果,实验设置了两组平行反应系统:传统电絮凝反应器和空气阴极电絮凝反应器,各系统有效容积均为500 mL(图1)。反应器采用有机玻璃加工而成,阳极均为2 mm厚工业纯铁板(Fe≥99.5%),有效反应面积为50 mm×50 mm;电絮凝(EC)系统阴极为2 mm厚铝板(Al≥99.6%),空气阴极电絮凝系统阴极则为实验室自制的2 mm空气扩散电极,采用直流稳压电源供电,并通过磁力搅拌器维持反应体系均匀混合。

1.1.2 电极制备

空气阴极采用多层复合结构设计,由基底材料、扩散层和催化层组成。扩散层的制备流程如下:(1)将厚度为1.8 mm石墨毡依次浸入50 mL去离子水和75%乙醇溶液中,在40 kHz频率下超声清洗15 min,以有效去除表面杂质。(2)清洗后的石墨毡置于80℃烘箱中干燥24 h至恒重[图2(a)]。(3)干燥的石墨毡完全浸入质量分数为2%的聚四氟乙烯(PTFE)溶液中浸泡20 min,取出后进行二次干燥。(4)处理后的石墨毡置于360℃的马弗炉中煅烧30 min,以增强其疏水性能[图2(b)]。

催化层的制备采用湿法涂敷工艺,流程如下:(1)预先选定的活化催化剂(包含炭黑、碳纳米管及活性炭)分别与无水乙醇及PTFE悬浮液按一定比例混合,并进行充分搅拌,形成均匀的催化剂浆料。(2)使用刮刀将浆料均匀涂敷于石墨毡一侧,并利用适当工具逐渐将其压平至约0.2 mm的薄片状。(3)涂敷有催化剂的石墨毡电极置于马弗炉中,在360℃环境下煅烧30 min,使催化剂与基底材料形成稳定结合[图2(c)]。

1.2 分析检测方法

COD和浊度均采用国标进行检测,H₂O₂浓度采用草酸钛钾法进行检测,电极采用扫描电子显微镜(SEM)进行检测,烘干后的絮体分别采用SEM和X射线衍射(XRD)进行分析检测。

1.3 相关计算方法

电化学过程中的能耗根据公式(1)计算得出,本实验电化学过程在基于COD去除的最佳条件下的比能耗SEC由公式(2)计算得出^[13]。

(1)$ E=(V \times I \times t) / v$

(2)$ \operatorname{SEC}(\mathrm{kWh} / \mathrm{kg} C O D)=(V \times I \times t) /(\Delta C \times v)$

其中,E为电化学能耗,kWh/m³;V为电压,V;I为施加电流,A;t为反应时间,min;ΔC为反应前后COD浓度差;v为处理废水体积,m³。

2 结果与分析

2.1 空气阴极强化电絮凝系统构建

2.1.1 不同催化剂空气阴极的影响

为优化空气阴极电絮凝系统性能,本研究系统考察了不同碳基催化剂(炭黑、活性炭及碳纳米管)对淀粉废水二级出水的处理效果。以空气阴极电絮凝系统出水COD和浊度为参考标准,选取金属铁为阳极,设定电流密度为20 mA/cm²、电极间距15 mm、溶液pH=4、电解质(硫酸钠)浓度15 mmol/L,考察不同碳基材料(炭黑、活性炭及碳纳米管)所制备的空气阴极对处理效果的影响,实验结果如图3所示。

结果显示,3种碳材料的处理效果均优于未添加催化剂的系统,这归因于碳材料化学稳定性^[14]、高比表面积及导电特性^[15]。在相同实验条件下,炭黑展现出较高的COD与浊度去除率,分别高达93.38%与95.64%。碳纳米管作为催化剂时,系统COD去除率为76.81%,浊度去除率为92.05%。相比之下,活性炭的COD与浊度去除率较低,分别为72.35%与85.33%。说明在本系统中,以炭黑为催化剂的空气阴极电絮凝系统更有利于H₂O₂的电化学生成^[16]。因此,本研究选定炭黑作为空气阴极的最优催化剂。

2.1.2 空气阴极酸碱活化效果影响

为探究炭黑表面特性对空气阴极电絮凝系统性能的影响,本研究系统考察了酸化(1 mol/L HNO₃,80℃处理6 h)和碱化(1 mol/L NaOH,80℃处理 6 h)改性处理对催化剂性能的影响。如图4所示,在相同操作条件下(电流密度20 mA/cm²,电极间距15 mm,pH=4.0,15 mmol/L Na₂SO₄),不同处理方式对系统性能产生显著影响。

未经处理的炭黑催化剂表现出良好的催化性能,系统COD去除率为93.38%,出水COD为15.2 mg/L,浊度去除率为93.26%,出水浊度为10.3 NTU。酸化处理显著增加了炭黑表面含氧官能团含量,这直接导致系统性能的提升:COD去除率提高至94.67%,出水COD为13.1 mg/L,浊度去除率达94.77%,出水浊度为8.9 NTU。相比之下,碱化处理降低了系统性能,COD和浊度去除率分别降至91.23%和90.56%。BET比表面积测试结果显示,酸化处理使炭黑比表面积从256 m²/g增加至312 m²/g,而碱化处理则降低至228 m²/g。这一发现与韩真等^[17]的研究结果一致,即酸性处理有利于形成丰富的介孔结构,而碱性处理可能导致部分孔道堵塞。

这些结果表明,炭黑表面化学性质对其催化性能具有决定性影响。酸化处理通过引入含氧官能团和增加比表面积^[18],不仅提高了氧还原活性^[19],还促进了H₂O₂的生成和·OH的产生^[20],从而提升了系统对污染物的去除效率。这一发现为优化空气阴极催化剂提供了重要理论依据。

2.1.3 炭黑与PTFE比例对电极活化效果的影响

本研究系统考察了炭黑(CB)与PTFE质量比对空气阴极性能的影响机制。通过控制CB/PTFE质量比(0.3~2.1)制备系列复合阴极,在电流密度20 mA/cm²、pH=4.0的条件下测试H₂O₂生成量与电流效率(CE)。如图5所示,当CB/PTFE质量比从0.3增至1.2时,H₂O₂产率由11.66 mg/(h·cm²)线性提升至14.73 mg/(h·cm²),CE同步从61.03%增至86.49%。但当质量比超过1.2后,H₂O₂产率下降至13.64 mg/(h·cm²),CE降低至74.06%。

通过表征结果发现,当质量比为1.2时,炭黑颗粒在PTFE基质中呈现均匀分散状态,形成三维网状结构,孔隙率高达78.6%。这种结构特性既保证了充足的气体传输通道,又提供了足够的活性位点。而当质量比增至2.1时,炭黑发生明显团聚现象,导致孔隙率下降至62.4%,气体扩散层有效厚度增加至初始值的1.5倍,传质系数降低41%,显著阻碍了氧气传输。该现象与“渗透阈值”理论相符^[21]:当导电填料含量超过聚合物基体的包覆能力时,会破坏三相界面的稳定性^[22]。因此,确定CB/PTFE质量比1.2为最优参数,此时系统在保证高催化活性的同时维持良好的结构稳定性。

2.2 不同电絮凝工艺对污染物去除效果

**2.2.1 不同电絮凝工艺对系统内COD和浊度的去除效果**

通过对比传统电絮凝与空气阴极电絮凝系统的处理效能,揭示了新型反应器的技术优势。如图6所示,分别采用普通金属铝、烧制完成的空气电极为阴极,控制电流密度为20 mA/cm²、水样pH=4、极板间距为20 mm、反应时间为15 min的条件下,空气阴极电絮凝系统对淀粉废水二级出水的COD去除率较电絮凝系统提升20%、浊度去除率提高10%。具体分析,反应初始3 min时,电絮凝系统对COD和浊度的去除率分别为69.2%和78.4%,而空气阴极电絮凝系统分别达到75.3%和82.6%,这得益于空气阴极在酸性条件下快速启动H₂O₂生成,0~3 min内H₂O₂累积量达4.2 mg/L。反应运行至12 min时,空气阴极电絮凝系统去除速率常数为0.152 min^-1,较电絮凝系统提高28.8%。传统电絮凝系统的铁阳极在pH=4条件下表面易生成Fe₃O₄钝化层,而空气阴极电絮凝系统通过·OH对有机物的持续氧化,延缓了电极钝化进程。反应运行至 15 min时,空气阴极电絮凝系统出水COD稳定在 28.5 mg/L,浊度降至12.7 NTU,较电絮凝系统具有显著优势。这种差异源于:①空气阴极电絮凝系统维持更高的氧化还原电位;②三相界面的持续供氧使H₂O₂产率提升35%;③电生成的Fe²⁺与H₂O₂形成类Fenton体系,促进·OH的链式反应。

2.2.2 不同电絮凝工艺相关表征

为进一步揭示耦合系统的强化机制,分别收集电絮凝工艺和空气阴极电絮凝工艺絮体,通过多维度表征揭示了空气阴极电絮凝系统的强化机制,XRD测试结果如图7所示。传统电絮凝系统絮体以α-FeOOH、Fe₃O₄和Fe₂O₃为主,而空气阴极系统絮体中α-FeOOH特征峰强度提升42%,Fe₃O₄含量减少78%,这归因于空气阴极持续生成的·OH加速了Fe²⁺向Fe³⁺的转化。比表面积测试显示,空气阴极电絮凝系统絮体的BET比表面积达286 m²/g,较电絮凝系统提升44%,其表面丰富的α-FeOOH和Fe₂O₃在酸性条件下通过静电吸附和配位作用高效捕获带负电的淀粉胶体^[23]。因此,电絮凝系统中产生α-FeOOH和Fe₂O₃铁絮体将促进物去除。

SEM表征结果[图8(a)]进一步阐明电极结构的优化机制,经PTFE改性的炭黑催化剂层呈现分级多孔结构,其中微孔(<2 nm)占比12%、介孔(2~50 nm)占63%、大孔(>50 nm)占25%,孔隙率高达82.4%。这种结构使氧气传质系数提升至3.2×10^-5 m/s,较未改性电极提高2.8倍,为两电子氧还原反应(ORR)提供充足活性位点^[24],从而提高电极的催化活性和电化学性能^[25]。此外,对电极截面进行SEM分析[图8(b)],由炭黑构成的催化剂层经过处理后均匀分布在碳毡一侧,并且得益于前期CB/PTFE质量比试验,在扩散层上并未观察到大量炭黑团聚,这为气体流通提供保障,强化系统氧化能力,提高了电极的整体性能^[26]。经碳毡扩散层浸泡PTFE后,纤维层内部明显出现PTFE薄膜,这将极大地增强空气阴极的疏水性^[27]。因此,聚四氟乙烯改性炭黑具有超疏水性和高孔隙率,可作为气体扩散层(DL),可显著增加氧气从大气到反应位点的自然输送,系统内产过氧化氢过程无需额外曝气,运行成本极大降低^[28]。

2.3 能耗分析

从上述分析可知,空气阴极电絮凝系统可以快速高效降解溶液中污染物,表1对比了空气阴极电絮凝与电絮凝系统能耗。计算结果表明,空气阴极电絮凝系统的电能消耗为1.58 kWh/m³,较传统电絮凝系统降低33.6%;其SEC为7.95 kWh/kg COD,较电絮凝系统降低22.3%。这种能量效率的提升主要源于:①空气阴极通过自然扩散供氧,较传统曝气方式节能67%;②三相界面反应区的高效传质使电流效率提升至86.49%,较EC系统提高41.7%。与前期研究相比,空气阴极电絮凝系统在COD去除率和浊度去除率方面均表现出显著优势。这种技术优势在低pH条件下尤为突出,空气阴极电絮凝系统通过原位生成的H₂O₂和·OH有效克服了传统EC系统在酸性环境中的电极钝化问题^[29]。

2.4 空气阴极电絮凝系统机制分析

为阐明空气阴极电絮凝体系降解COD的反应机理,采用叔丁醇(TBA)作为·OH淬灭剂进行对比实验(图9)。结果表明,当TBA浓度从0增至 0.2 mmol/L时,空气阴极电絮凝系统的COD去除率从94.67%显著降低至55.89%,降幅达38.78%,证实了·OH在污染物降解过程中起主导作用。相比之下,传统电絮凝系统在相同TBA浓度下的COD去除率从74.47%降至53.47%,降幅为21.00%。通过对比分析发现,空气阴极电絮凝系统中·OH对COD去除的贡献率较电絮凝系统提高84.7%,其中空气阴极原位生成的H₂O₂通过类Fenton反应额外贡献了16%的COD去除率。这一结果与Liu等^[30]的研究结论一致,即空气阴极通过ORR反应持续生成H₂O₂,显著提升了系统的氧化能力。

自由基淬灭实验进一步证实,空气阴极电絮凝系统的优越性能源于其独特的“电絮凝-电化学氧化”协同机制:①阳极溶解的Fe²⁺与阴极生成的H₂O₂形成类Fenton体系,产生大量·OH;②三相界面反应区的高效传质使·OH浓度较电絮凝系统提高2.8倍;③α-FeOOH和Fe₂O₃絮体通过表面吸附和配位作用富集污染物,提高·OH的利用效率。

因此,空气阴极电絮凝系统在淀粉废水二级出水的深度处理中展现出显著的技术优势,其COD去除率较EC系统提升27.1%,且运行能耗降低33.6%,为高浊度有机废水的处理提供了高效、低耗的解决方案。

3 结论

(1)综合对比空气阴极电催化剂活性,选取酸化处理的炭黑为催化剂主要材料,并将炭黑与PTFE按照1.2∶1的比例进行充分搅拌,均匀涂覆在石墨毡进行构造空气阴极催化剂层。其H₂O₂产率为14.73 mg/(h·cm²),电流效率能达到86.49%。优化后的催化层呈现分级多孔结构,孔隙率达82.4%,其独特的孔径分布不仅提升了氧气传质效率,还为三相界面反应提供了充足的活性位点。

(2)当电流密度为20 mA/cm²、水样pH=4、极板间距为20 mm、反应时间为15 min时,空气阴极电絮凝工艺对反应溶液COD和浊度去除率约比电絮凝系统分别高20%和10%。XRD和SEM分析表明,空气阴极电絮凝系统絮体以α-FeOOH和Fe₂O₃为主,其表面丰富的羟基位点通过配位作用高效吸附带负电的淀粉胶体,同时Fe³⁺/Fe²⁺循环驱动的类Fenton反应持续生成·OH,形成“吸附-氧化”协同去除机制。

(3)综合对比两种系统反应能耗,空气阴极电絮凝系统能耗减少了约34%,SEC值减少了约22%,COD去除率提升了20%左右。这种优势源于①空气阴极自然供氧替代机械曝气,能耗减少67%;②三相界面反应区的高效传质使电流效率提升41.7%;③α-FeOOH絮体的高吸附性减少电极损耗。

(4)通过·OH淬灭实验得出,除电絮凝系统产生的·OH外,空气阴极电絮凝过程产生的·OH为系统贡献了16%的COD去除率,表明空气阴极电絮凝具有快速氧化难降解有机物的能力。空气阴极电絮凝系统实现快速氧化的原因主要有:①电絮凝产生的Fe²⁺与阴极H₂O₂形成链式反应(·OH产率提升2.8倍);②催化剂层分级孔隙结构延长污染物停留时间,提升·OH利用效率。

参考文献

原文顺序 | 出版日期 | 本文引用

[1]	Thepubon T, Phungsai P, Choeisai P, et al. Dissolved organic matter composition and microbial community dynamics in two-phase multi-staged up-flow anaerobic sludge blanket treatment of tapioca starch processing wastewater[J]. Bioresource Technology Reports, 2023, 24:101660.

[2]	Jingyi Y, Reddy C K, Fan Z, et al. Physicochemical and structural properties of starches from non-traditional sources in China[J]. Food Science and Human Wellness, 2023, 12(2):416-423.

[3]	Wu Z, Li S, Chen G, et al. Advanced in situ analytical techniques:Opening the door for the structural analysis of starch and its food applications[J]. Trends in Food Science & Technology, 2023, 138:57-73.

[4]	何文文, 霍荣帆, 李强, 等. 高浓度淀粉废水处理研究进展[J]. 工业水处理, 2022, 42(4):16-23,29.

[5]	Nnaji C C, Akanno C C. Assessment of environmental degradation due to processing of cassava into garri flakes using pollution indices[J]. Environmental Processes, 2022, 9(3):46.

[6]	Li M, Zhu X, Yang H, et al. Treatment of potato starch wastewater by dual natural flocculants of chitosan and poly-glutamic acid[J]. Journal of Cleaner Production, 2020, 264:121641.

[7]	中华人民共和国环境保护部, 国家质量监督检验检疫总局. GB25461—2010淀粉工业水污染物排放标准[S]. 北京: 中国环境科学出版社,2010:2-3.

[8]	Li D, Sun Y, Shi Y, et al. Structure evolution of air cathodes and their application in electrochemical sensor development and wastewater treatment[J]. Science of the Total Environment, 2023, 869:161689.

[9]	Lu M, Chen S, Babanova S, et al. Long-term performance of a 20-L continuous flow microbial fuel cell for treatment of brewery wastewater[J]. Journal of Power Sources, 2017, 356:274-287.

[10]	Alismaeel Z T, Saeed O F, Abbar A H. Wastewater treatment through a hybrid electrocoagulation and electro-Fenton process with a porous graphite air-diffusion cathode[J]. Chemical Engineering and Processing-Process Intensification, 2025, 212:110258.

[11]	Souza C G C, Valente G d F S, Pinto B B A, et al. Electrocoagulation-Electro-Fenton hybrid system for dairy wastewater treatment:A comprehensive test and analysis,in aqueous solution[J]. Desalination and Water Treatment, 2024, 320:100849.

[12]	Espinoza-Quiñones F R, Dall’Oglio I C, Pauli A R D, et al. Insights into brewery wastewater treatment by the electro-Fenton hybrid process:How to get a significant decrease in organic matter and toxicity[J]. Chemosphere, 2020, 263:128367.

[13]	Ryan D R, Maher E K, Heffron J, et al. Electrocoagulation-Electrooxidation for mitigating trace organic compounds in model drinking water sources[J]. Chemosphere, 2020, 273:129377.

[14]	Zhang J, Hu X, Jiang J, et al. Reinforced PAHs degradation in industrial site soil by Fe(Ⅲ)/NaClO catalytic oxidation system:Insights from promoting hydroxyl radicals generation[J]. Chemical Engineering Journal, 2023, 474:145785.

[15]	Parkansky N, Vegerhof A, Alterkop B A, et al. Submerged arc breakdown of methylene blue in aqueous solutions[J]. Plasma Chemistry and Plasma Processing, 2012, 32(5):933-947.

[16]	Zhao J, Wang J, Lin D, et al. Electrical-based ultrafiltration processes enhanced by in-situ generation of Fe(Ⅲ):Significance of permanganate oxidation[J]. Chemosphere, 2022, 297:134066.

[17]	韩真, 刘莲英, 杨万泰. 炭黑表面氧化改性及其水分散性研究[J]. 北京化工大学学报(自然科学版), 2010, 37(1):78-84.

[18]	Elena T, Carlo S, Gavin P, et al. Aqueous air cathodes and catalysts for metal-air batteries[J]. Current Opinion in Electrochemistry, 2023, 38:101246.

[19]	Hübner J L, Lucchetti L E B, Nong H N, et al. Cation effects on the acidic oxygen reduction reaction at carbon surfaces[J]. ACS Energy Letters, 2024, 9(4):1331-1338.

[20]	Zhang H, Li Y, Zhao Y, et al. Carbon black oxidized by air calcination for enhanced H₂O₂ generation and effective organics degradation[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2019, 11(31):27846-27853.

[21]	Naik S, Ferke K M, You Z, et al. Application of percolation,critical-path,and effective-medium theories for calculation of two-phase relative permeability[J]. Physical Review E, 2021, 103:043306.

[22]	Zhang L, Shao Q, Zhang J. An overview of non-noble metal electrocatalysts and their associated air cathodes for Mg-air batteries[J]. Materials Reports:Energy, 2020, 1(1):100002.

[23]	戴常超. 电絮凝/电氧化耦合体系去除浊度和抗生素的效能与机制[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2022.

[24]	Liao J, Xie S, Yao J, et al. Efficient hydrogen peroxide production at high current density by air diffusion cathode based on pristine carbon black[J]. Journal of Electroanalytical Chemistry, 2022, 904:115938.

[25]	Askari S, Mariotti D, McGlynn R, et al. Air-cathode with 3D multiphase electrocatalyst interface design for high-efficiency and durable rechargeable zinc-air batteries[J]. Energy Technology, 2021, 9(5):2000999.

[26]	Liu K, Ye X, Zhang A, et al. Highly efficient Fe-Cu dual-site nanoparticles supported on black pearls 2000 (carbon black) as oxygen reduction reaction catalysts for Al-air batteries[J]. RSC Advances, 2024, 14(8):9.

[27]	Washington B A, Imel A, Goenaga G, et al. Improving water management in gas diffusion layers through the optimization of carbon composite microporous layers[J]. Journal of Power Sources, 2024, 621:235326.

[28]	Wang Y, Yi R, Li G, et al. Impact of diffusion layer structure of air electrodes on their performance in neutral zinc/iron-air batteries[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2025, 1010:177492.

[29]	Sasson M B, Adin A. Fouling mitigation by iron-based electroflocculation in microfiltration:Mechanisms and energy minimization[J]. Water Research, 2010, 44(13):3973-3981.

[30]	Liu H, He G, Liu X, et al. Ion-induced formation of hierarchical porous nitrogen-doped carbon materials with enhanced oxygen reduction[J]. ChemCatChem, 2021, 13(13):3112-3118.