类固醇激素是水环境中常见的微污染物之一。它们对人类健康构成显著风险，并可能破坏生态稳定性。卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）的研究人员探索了利用配备碳纳米管膜的电化学膜反应器降解这些激素的方法。他们的研究结果表明，类固醇激素在碳纳米管上的吸附过程并不妨碍激素之后的降解。他们的研究成果已在自然通讯中发表。
确保获得清洁水源是全球面临的一项重大挑战。废水中通常含有各种微污染物——包括有机和无机物——虽然浓度较低却仍然对人类健康和环境造成危害。内分泌干扰化学物质，例如在药物和避孕药中发现的类固醇激素，尤其具有显著风险，因为它们可能干扰激素功能。尽管这些物质在水中难以检测，但它们可能对人类健康产生严重影响，并扰乱水生生态系统。
氧化有助于微污染物去除
传统水处理方法在检测或去除类固醇激素方面存在困难。然而，电化学氧化（EO）正在成为去除它们的可行解决方案；EO系统包含一个阳极和一个阴极，并连接到外部电源，其中电极上的不同电能导致污染物在阳极表面氧化和降解。电化学膜反应器（EMR）进一步提高了EO的效率，它利用导电膜作为流动电极，促进更好的质量传递和反应位点的可达性。
碳纳米管的独特物理和化学特性
卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）先进膜技术研究所（IAMT）的研究人员与加利福尼亚大学洛杉矶分校以及耶路撒冷希伯来大学的专家合作，深入研究了EMR中复杂的机制。在《水处理与收集》一刊的特刊《自然通讯》中，他们重点探讨了类固醇激素微污染物在使用碳纳米管（CNT）膜的EMR中的降解。碳纳米管直径以纳米为单位，具有卓越的物理和化学特性。KIT水处理工程教授及IAMT负责人安德烈亚·艾莉斯·舍费尔（Andrea Iris Schäfer）表示：“它们的高电导率促进了有效的电子转移。此外，由于其纳米结构设计，CNT具有广阔的表面积，显著增强了其吸附多种有机物质的能力，从而更有效地促进电化学反应。”
研究人员采用先进的分析技术研究了EMR中吸附、解吸、电化学过程和副产物形成之间的复杂相互作用。IAMT的博士后研究员刘思琦（Dr. Siqi Liu）表示：“我们发现类固醇激素的先前吸附——即它们在CNT表面的积累——并未妨碍激素的后续降解。这可以归因于快速的吸附过程和高效的质量传递。”该研究建立的分析框架使得能够在不同条件下指出影响激素降解的限制因素。“我们的研究结果揭示了电化学膜反应器中的一些基本机制，并为提高电化学方法去除水中微污染物提供了重要的见解，”舍费尔总结道。
