近日，我院王平、朱健教授团队在国际环境领域权威期刊《Water Research》（Nature Index期刊，中科院1区Top，IF=12.4）上发表题为"Surface-Modulated 3-Dimensional Carbon Electrode with High Phosphorus Releasing Efficiency from Municipal Sludge"的研究论文。该研究以废弃无磷的环氧树脂为原料，通过羟基（-OH）和甲基（-CH₃）表面功能化，成功制备了三维碳颗粒电极（记为ERC-CH₃/OH），实现了市政污泥中磷的高效电化学释放，为污泥资源化提供了新的技术路径。

图1 甲基/羟基共修饰碳颗粒电极（ERC-CH₃/OH）促进污泥电化学释磷的机理示意图

如图1所示，修饰电极显著增强了电解过程中羟基自由基（*OH）的产生，从而促进了污泥中有机磷向无机磷的转化，为后续处理过程中磷的释放创造有利条件，总体磷释放效率大幅提高至81.41%。密度泛函理论（DFT）计算进一步验证了接枝的CH₃和OH基团在促进*OH形成中的关键作用，揭示了官能团协同增强自由基生成的微观机制。

图2.（a）实验室试验中有机磷转化效率、羟基自由基（*OH）和磷释放效率之间的协同促进作用，（b）放大试验中不同处理方法下的磷释放效率，（c）放大试验装置示意图。

在实验室规模条件下（图2a），ERC-CH₃/OH实现了81.41%的磷释放效率，较空白对照提升近14%。淬灭实验表明，羟基自由基（*OH）贡献了9.68%的增强效果，证实了其主导作用。此外，该材料还实现了76.39%的有机磷转化效率。放大规模测试（图2b）成功验证了技术的可扩展性，ERC-CH₃/OH仍保持79.07%的高释放效率，图2c展示了放大装置的示意图。该工作证明，表面调制的三维碳电极在高效磷回收与节能降耗方面具有显著优势，为市政污泥的可持续处理提供了理论依据与工程参考。

我校生态环境学院为论文第一单位，硕士研究生王子威为论文第一作者，王平教授、蒋雨新讲师为共同通讯作者，中南大学王海鹰教授、中南林业科技大学朱健教授、黄超副教授、博士研究生邓玉梅和缅因大学Justice Annor Asare博士为本研究做出了重要贡献并提供了宝贵的支持与建议。该研究得到了国家自然科学基金、长沙市科技重大专项的支持与资助。（一审朱健  二审雷丕锋 终审陈永华）

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2026.126029