霍正洋：再生水納米線電穿孔消毒技術研究

再生水納米線電穿孔消毒技術研究

Nanowire-assisted Flow-Through Electrode Enabling Electroporation Disinfection of Reclaimed Water

作 者：霍正洋

指導教師：胡洪營

培養院系：環境學院

學 科：環境科學與工程

讀博感言：不以物喜，不以己悲

研究背景/選題意義/研究價值

汙水再生利用是解決我國水資源短缺的重要途徑，是我國高質量發展的必然選擇，其關鍵在於水質安全。消毒可在汙水再生利用過程中高效殺滅微生物，保障水質安全。但現有的汙水消毒技術存在有生成消毒副產物毒性高，細菌滅活後再生長潛力大等缺點，不可避免的引入新的生物風險。本研究以汙水再生安全利用為目標，開發一種基於多孔電極內部過濾處理模式的納米線電穿孔消毒技術，利用納米線尖端強電場實現在極低電壓下對微生物的電穿孔滅活。研究構建內過濾納米線電穿孔消毒反應裝置，掌握納米線電穿孔消毒技術對微生物滅活特性，明晰納米線電穿孔消毒機理，掌握納米線電極結構優化方法與表面強化方法，實現高效、穩定、安全再生水消毒，為保障再生水的生物安全提供理論與技術支持。

主要研究內容

1. 製備內部過濾式納米線電穿孔消毒裝置並明確其對微生物滅活特性。

2. 明晰納米線電極結構對微生物滅活效果影響。

3. 闡明高強度納米線電極製備及其對微生物滅活特性。

4. 明晰表面鍍膜與交流供電對納米線電極使用壽命提升規律。

5. 明確納米線電穿孔對再生水消毒效果。

開發了內部過濾式納米線電穿孔消毒技術，實現低電壓（1 V）安全消毒，顯著降低處理過程中消毒副產物生成潛勢。

通過採用高強度電極材料、薄膜包裹以及高頻交流供電模式，提升電極強度阻止電極腐蝕，延長電極使用壽命。

主要創新點

1. 開發了內部過濾納米線電穿孔消毒技術，提升了微生物消毒效率，實現低電壓（1 V）安全消毒，可顯著降低處理過程中消毒副產物生成潛勢。

2. 發現納米線電穿孔消毒技術可實現滅活細菌無復活現象發生，同時在儲存過程中可促進損傷細菌逐漸死亡。

3. 發現採用高頻交流供電（106 Hz）模式可在保障電穿孔 消毒效果的同時，抑製電化學反應發生，有效延長電極使用壽命。

代表性創新成果

1.Zheng-Yang Huo, Xing Xie*, Tong Yu, Yun Lu, Chao Feng, and Hong-Ying Hu*. ES&T, 2016, 50(14): 7641-7649.

2.Zheng-Yang Huo, Hai Liu, Wen-Long Wang, Yun-Hong Wang, Yin-Hu Wu, Xing Xie*, and Hong-Ying Hu*. JMCA, 2019, 7: 7347–7354.

3.Zheng-Yang Huo, Jian-Feng Zhou, Yu-Tong Wu, Yin-Hu Wu, Hai Liu, Nian Liu, Hong-Ying Hu*, and Xing Xie*. JMCA, 2018, 6(39): 18813-18820.

作者：霍正洋

圖片：霍正洋

編輯：清華大學研究生院 吳佳瑛 李文

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