近日，北京市农林科学院水产所张清靖研究员团队在化学工程与环境科学领域国际权威期刊Chemical Engineering Journal（中科院1区 TOP期刊，IF=13.2），在线发表题为“Cathodic Fe2O3/Fe heterojunction engineering for highly selective electro-Fenton denitrification in agricultural tailwater”的研究论文。
集约化水产养殖在全球范围内的快速发展，导致排放富含多种氮污染物的养殖尾水，对环境安全构成了严重威胁。这类尾水通常含有复杂的含氮污染物成分，包括氮氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮和有机氮。尽管其浓度低于市政、工业尾水中氮污染物浓度，但持续排入受纳水体仍构成不可忽视的环境危害，包括富营养化、生态系统破坏以及对水生生物的毒性影响。因此，开发一种成本效益高且环境友好的水处理技术，能够高效同步去除多种含氮污染物，对于确保水产养殖业的可持续发展及维护水生生态系统安全至关重要。电化学高级氧化技术因其具有环境友好性、高效性和集约化等优点在水产养殖领域受到广泛关注，然而，该技术面临电极材料价格高昂、运行能耗高等问题，制约其在养殖尾水中的应用发展。
本研究团队构建了一种新型的氧化铁耦合零价铁碳基阴极电芬顿氧化系统，用于高效去除养殖尾水中氮污染物。其中，氧化铁耦合零价铁碳基阴极材料中碳壳内优化的缺陷密度和独特的异质界面，大幅提升了电荷转移能力和催化活性。氧化铁耦合零价铁碳基阴极通过电芬顿氧化系统运行90分钟对氨氮和亚硝态氮的去除率均达到100%，硝态氮和总氮的去除率分别达到90.6%和92.2%，并对氮污染物去除表现出优越的动力学优势。由活性氧物种测定结果显示氧化铁耦合零价铁碳基阴极有效地激活了分子氧，促进了超氧自由基和羟基自由基的生成。结合密度泛函理论计算进一步从热力学角度揭示了氧化铁耦合零价铁异质结构在分子氧活化产生羟基自由基以及高选择性将硝态氮还原为氮气过程具有热力学优势，通过加快N-N键耦合促进氮气的生成，进而实现对氮污染物的高效去除。同时，氧化铁耦合零价铁碳基阴极在长期运行中表现出优异的结构和性能稳定性，并展现出对实际水产养殖尾水的良好适用性。该项研究为深度处理水产养殖尾水中氮污染物提供了新的技术支撑，为设计经济、高效的电催化剂提供了新的见解。
水产所任睿君博士为论文第一作者，水产所张清靖研究员和北京林业大学齐飞教授为论文通讯作者，该研究受到北京市农林科学院创新能力建设专项（KJCX20250922）、北京市农林科学院探索项目（TSXM202516）、北京市渔业创新团队（BAIC07-2026-07，BAIC07-2025-07）等项目支持。
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.176442
日期：2026-04-29
