空气污染是全球最严重的环境问题之一，因为它直接威胁人类健康和生态系统（Manisalidis等人，2020年）。在主要空气污染物（氮氧化物、二氧化硫、一氧化碳、挥发性有机化合物、对流层臭氧和颗粒物）中，挥发性有机化合物（VOC）的管理仍相对落后（Gil-Alana和Solarin，2018年）。一般来说，VOC是在常温条件下容易蒸发的有机物质，常见于许多产品和材料、工业工作场所、农业活动以及封闭或受限的工业空间（例如炼油厂的塔架）中。例如，室内VOC来源于日常用品，如油漆、建筑材料、家具和其他制造商品。接触VOC会对人类健康产生显著负面影响，包括呼吸道刺激、头痛、头晕，甚至在某些情况下会导致肝脏和肾脏损伤，以及增加患慢性呼吸道疾病或癌症的风险（Goldstein等人，2021年；Xu等人，2021年）。另一方面，VOC显著促进了光化学烟雾的形成，这一现象因其对人类健康和环境的危害而日益受到关注（Mannucci等人，2015年）。当VOC和氮氧化物（NOx）在阳光下反应时，会生成对流层臭氧。虽然平流层中的臭氧可以保护我们免受紫外线辐射，但对流层中的臭氧却成为一种有毒污染物，对呼吸系统和心血管健康产生不利影响，并恶化城市地区的空气质量（Shao等人，2020年）。此外，这种现象对生态系统也有破坏性影响，它会干扰植物光合作用，改变降水周期，导致干旱并降低农业生产力（Gil-Alana和Solarin，2018年）。
在这种情况下，采取有效措施减少室内空间中的VOC浓度至关重要（Singh等人，2024年）。常见的解决方案包括改善通风以促进新鲜空气循环并去除污染物，以及使用空气净化设备。配备HEPA（高效颗粒空气）过滤器和活性炭过滤器的净化器因其能捕捉细颗粒物和吸附VOC等污染物而受到欢迎（Rodríguez等人，2024年；Sivasubramanian和Subramanian，2019年）。然而，尽管这些技术在捕捉污染物方面很有效，但它们并不能彻底销毁污染物，如果过滤器不定期更换，捕获的污染物最终可能会重新释放到环境中，从而造成二次污染。此外，用于捕捉VOC的过滤器和设备需要进行再生处理才能完全降解污染物。目前，含有活性炭的家用过滤器通常被送往垃圾填埋场，因此VOC并未得到彻底消除。
在工业规模上，通常使用粉末活性炭（PAC）和颗粒活性炭（GAC）。PAC通常被填埋处理，而GAC则通过540°C的热处理在烤箱中再生（Dutta等人，2019年；Larasati等人，2021年），随后进行蒸汽清洗。在此过程中，约有5%到10%的GAC会损失。因此，对于某些行业和特定应用来说，将活性炭填埋处理可能比再生处理更具成本效益（Ohtaka和M，1994年）。因此，有必要探索既能捕捉又能彻底消除空气中VOC的替代方案。
鉴于此背景，电化学技术作为一种处理受污染气体的有前景的替代方案应运而生，包括VOC的降解（Wang等人，2013年）。特别是电化学辅助吸收系统（称为电吸收器），已被证明在捕捉和消除这些化合物方面非常有效。这些设备通过吸收过程将气相中的污染物转移到液相，然后通过电化学降解过程在电极表面生成氧化剂来分解污染物（Arias等人，2022年；Durán等人，2021年；Escalona-Durán等人，2021年；Granados-Fernández等人，2023年，Granados-Fernández等人，2024年）。这项技术比传统系统更高效，因为它不仅能捕捉VOC，还能将其分解，从而消除二次污染的风险。尽管效果显著，但将其整合到家庭应用中仍面临挑战，因为优化工艺并将其与其他净化技术结合仍在开发中。一种直接解决方案是将电吸收器与现有的空气净化系统结合，通过电吸收实现过滤器和活性炭的原位再生，从而提高工艺的可持续性和效率。另一种替代方案是将电吸收过程整合到建筑的通风系统中，直接处理受污染的空气，避免捕捉阶段（活性炭），这可能会提高工艺效率。然而，在这种情况下，需要从液压角度进行更深入的整合。
另一方面，生命周期评估（LCA）已被证明是评估工艺环境可持续性的有力工具（Maldini等人，2025年）。这种方法评估了产品或从原材料提取、生产、使用到处置或回收的整个生命周期，全面关注多个阶段的环境负担。近年来，LCA不仅用于评估工艺或产品的可持续性，还作为决策工具，帮助选择在可持续材料、设计选项、减少排放、能源效率以及成本节约等方面最有利的选择（Pryshlakivsky和Searcy，2021年）。此外，某些环境影响可能不明显（例如，使用或处置过程中的水消耗），使用其他方法可能难以识别。在这方面，值得注意的是，关于电化学过程的LCA研究在现有文献中较少（Rodríguez-Gómez等人，2025b；Rodríguez-Gómez等人，2025a），不包括使用PEM电解槽生产燃料细胞或氢气的能源相关主题（Gulotta等人，2022年）。关于VOC处理，已有的LCA研究主要集中在气相氧化技术上，如实验室规模（Tomatis等人，2019年）或工业规模（Stasiulaitiene等人，2016年）的热氧化系统，以及通过热处理再生活性炭（Gong等人，2022年）和电化学再生废活性炭（Ferrández-Gómez等人，2021年）的研究。然而，这些过程与电化学方法有很大不同，后者更具可持续性，更适合室内空气净化应用，因为它们可以集成到紧凑且安全的净化设备中，在常温条件下运行且不会产生有害副产品。
鉴于上述情况，本研究旨在通过两种不同的方案评估VOC的电化学处理的可持续性：（i）使用基于活性炭的传统净化方法并结合电吸收技术再生吸附材料；（ii）仅使用电吸收技术直接从空气中去除VOC。实验数据用于表征每个系统的输入和输出，并进行了生命周期成本评估（LCCA），以比较两种方法的经济可行性。此外，还分析了未经处理的VOC排放的环境负担，以说明实施处理技术的益处。这项分析有助于确定哪种技术组合在VOC去除和过滤器再生方面表现最佳，为室内空气污染处理提供更高效和可持续的解决方案。
