海洋学院与海南大学联合培养本科生在海洋污染治理方向发表高水平研究成果

近日，海洋学院与海南大学联合培养2022级本科生何玉翔、海洋技术系2023级硕士生潘子一及2022级本科生吕雅楠在海水氨氮污染电化学无害化处理领域发表题为《Degassing N2 from the Direct Oxidation of Total Ammonia in Mariculture Using a Three-Dimensional Electrode System》的论文（Processes 2025, 13(12), 3851）。何玉翔与潘子一为论文共同第一作者，张辰副教授与凌国维教授为论文通讯作者。

在海水水产养殖中，过高的氨氮浓度是导致水生生物发生急性中毒的主要原因，持续升高的氨氮浓度也会引发浮游植物过度生长，导致有害藻华的爆发、水质恶化。此外，水生生物长期暴露于高浓度硝酸盐、亚硝酸盐的环境中也会对其造成毒害作用。现有氨氮处理主要技术（物理化学法、生物法、折点氯化法等）不能真正实现氨氮的去除，仅仅是将氨氮转化为吸附态氨氮或硝酸盐并继续残留在水体当中，产生毒性危害鱼类生存。电化学氧化技术操作简便，污染物去除效率高，适应多变复杂的水体环境，但在实际氨氮的废水处理中，常常将氨氮过度氧化为硝酸盐和亚硝酸盐，导致有毒副产物积累。

图1 三维电极系统去除氨氮的路径示意图

因此，实现氨氮从液相直接氧化为N2逸出到气相当中且不产生二次污染具有重要的理论与实用化意义。该研究以商用Ti/RuO2–IrO2阳极与 Ti 网阴极为基础电极，并且在阴阳极板之间填充SnO2–Sb2O3@GAC颗粒电极作为第三极实现氨氮的高效氧化去除（图1）。

三维电极系统在海水养殖氨氮废水处理中无需额外添加试剂，仅靠海水固有 NaCl 和 H₂O 即可维持电极系统高效稳定运行。三维电极系统中，Ti/RuO2–IrO2 阳极氧化 Cl⁻ 产生活性氯（2Cl-→Cl2↑+2e-），SnO2–Sb2O3@GAC 颗粒电极的阳极区同步氧化生成 ·OH (2H₂O → H₂O₂/·OH + 2H⁺ + 2e-)，二者协同将氨氮一步氧化为 N2 逸出，避免二次污染；颗粒阴极区并行高效还原硝酸盐(2NO₃⁻ + 12H⁺ + 10e- → N₂ + 6H₂O)，实现氨氮直接转化为N2且不产生硝酸盐积累。相比于传统电化学氧化法，该三维电极系统将氮气选择率从67.90%提升至92.06%（图2），出水各项指标均达国家标准，同时将废水pH值稳定在弱碱性区间。该系统可原位运行，实现养殖水直接循环利用，为海洋养殖废水提供了一种无害化现场处理与资源回收的新技术范式。

图2 (a) (b) (c) (d) 在初始氨氮浓度为50和10 mg·L^-1的海水系统中，采用二维/三维电极系统测得的氨氮与硝酸盐氮浓度变化曲线对比，同时比较氮气选择率、电流效率及能耗。

该研究论文获得了审稿人高度评价：“The authors are tackling the problem of ammonia nitrogen without turning it into another problematic form. The approach is clever, and the results are overall convincing. The concept of turning each particle of the electrode packing into a tiny, dual-function reactor is neat. (作者有效解决了氨氮问题且不产生任何二次污染。该方法颇具巧思，结果令人信服。将电极的每个颗粒转化为微型双功能反应器的构想相当精妙) ”。

该成果依托天津市市级大创项目《水清鱼靓： 电化学氨氮污水处理关键技术研究》，是天津大学与海南大学联合培养项目在本科生科研创新和实践发展方面的重要成效，体现了新工科培养模式在激发本科生创新潜能、打造复合型人才方面的重要作用。