由刘慧娟教授领导的清华大学研究小组开发了一种新的电化学系统，有望彻底改变工业废水中的金属回收。该研究发表在《工程》杂志上。
工业废水因重金属污染而造成严重的环境危害。目前的金属回收方法(例如电沉积)受到界面离子传输的限制，导致回收缓慢且质量低下。在他们的研究中，该团队提出了一种整合瞬态电场(TE)和旋流(SF)的新方法，以同时改善传质和促进界面离子传输。
研究小组探讨了不同操作条件(包括操作模式、瞬态频率和流量)对金属回收率的影响。他们发现，在 TE&SF 模式下快速高效顺序回收铜的最佳条件是通过 0 和 4 V 的低电平和高电平、50% 占空比、1 kHz 频率和 400 L/h 流量实现的。 。TE&SF 电沉积的动力学系数分别是单次 TE 和 SF 电沉积的 3.5−4.3 倍和 1.37−1.97 倍。
为了深入了解该过程，该团队模拟了 TE 和 SF 条件下的沉积过程。结果证实了界面离子传输和电荷转移的有效并发，从而实现快速、高质量的金属回收。组合沉积策略不仅能有效减少金属污染，还能促进资源循环利用。
这种创新方法克服了传统电沉积方法中界面离子传输的局限性。该团队通过将瞬态电场与湍流耦合，成功地改善了体相和界面离子传输，从而增强了反应动力学。瞬态电场和旋流的协同作用不仅可以实现金属的快速回收，而且可以实现成分均匀、形貌均匀的沉积物。
此外，该系统在回收氧化还原电位高于析氢和水还原的金属方面表现出广泛的适用性。这种能力可以实现贵金属和重金属的高价值回收，使其成为处理金属废物的行业的宝贵资产。
刘慧娟教授及其团队进行的研究为从工业废水中高效回收金属提供了新的见解。他们的发现为环境友好和资源高效的金属回收工艺开辟了可能性，有助于减少污染和保护宝贵的资源。