陰極類電芬頓體系降解有機(jī)污染物及機(jī)理研究.pdf

1、隨著工業(yè)的快速發(fā)展，各類合成的難降解有機(jī)污染物已成為水污染的主要來(lái)源之一，給環(huán)境造成嚴(yán)重危害。傳統(tǒng)的電芬頓雖消除了外加H2O2帶來(lái)的缺點(diǎn)，高效低能耗、易于控制，但僅適用于窄的pH范圍，無(wú)法避免污泥的產(chǎn)生，且過(guò)氧化氫的產(chǎn)生量低。
　　針對(duì)上述問(wèn)題，本論文以活性炭纖維（Activated Carbon Fiber, ACF）作為基材，采用循環(huán)伏安法將Mn3O4負(fù)載于活性炭纖維表面，制備出Mn3O4/ACF復(fù)合材料，并以之作為陰極，以鉑

2、絲為陽(yáng)極一起構(gòu)成異相類電芬頓體系，負(fù)載于ACF表面的Mn3O4為芬頓反應(yīng)過(guò)程的催化劑，對(duì)目標(biāo)污染物亞甲基藍(lán)（Methylene Blue，MB）進(jìn)行了降解，對(duì)制備條件和降解條件進(jìn)行了優(yōu)化，考察了該體系在不同pH條件下對(duì)亞甲基藍(lán)的脫色率和TOC去除率，并對(duì)不同pH條件下體系中的活性氧物種進(jìn)行了檢測(cè)，初步探討了降解機(jī)制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在pH3.0~7.0的條件下該體系對(duì)亞甲基藍(lán)均有較好的脫色率和礦化率，pH3.0、pH5.0和pH7.0時(shí)脫

3、色率可分別達(dá)到97.26％、99.97%、99.88%， TOC去除率達(dá)到69.79%、76.86%和88.55%。對(duì)體系中活性氧物種過(guò)氧化氫H2O2、羥基自由基·OH和超氧自由基O2·-進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果表明，pH5.0時(shí)超氧自由基O2·-為主要活性物質(zhì)。該體系拓寬了電芬頓反應(yīng)的pH范圍且降解過(guò)程中羥基自由基和超氧自由基均參與了亞甲基藍(lán)的氧化去除。
　　以海藻酸鈉作為過(guò)渡金屬 Fe的載體，通過(guò)配位反應(yīng)的方式制備海藻酸鐵（Fe(Ⅲ)

4、-Alg）固體催化劑微球，用于以ACF為陰極的異相類電芬頓反應(yīng)降解亞甲基藍(lán)（MB）；完成了材料的制備，對(duì)Fe(Ⅲ)-Alg的制備條件進(jìn)行了優(yōu)化，對(duì)材料進(jìn)行了SEM、XPS、FI-IR等表征分析。以MB去除率為依據(jù)，優(yōu)化了體系對(duì)MB的降解條件。對(duì)類電芬頓體系中的活性氧物種進(jìn)行了測(cè)定，討論了目標(biāo)污染物的降解機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，以Fe(Ⅲ)-Alg為催化劑的ACF陰極電芬頓體系，在最佳的反應(yīng)條件下表現(xiàn)出了良好的去除效果，對(duì)目標(biāo)污染物的去除率達(dá)

5、97.33%，體系中·OH和·O2·共同參與了 MB的氧化降解。該體系在寬的pH范圍均有較好的去除效果，且Fe(Ⅲ)-Alg微球催化劑易于分離去除，避免了催化劑對(duì)體系的二次污染，是一種簡(jiǎn)單、高效、低能耗的污水處理技術(shù)。
　　用溶膠凝膠法和熱處理法合成了 Bi2(MoO4)3并將其涂覆于 Ti網(wǎng)上構(gòu)成Bi2(MoO4)3/Ti陰極，在電芬頓體系中用于催化O2還原產(chǎn)生H2O2，在海藻酸鐵微球存在下降解模型污染物酸性橙Ⅱ（Acid or

6、ange Ⅱ，AOⅡ）。對(duì)合成的Bi2(MoO4)3結(jié)構(gòu)進(jìn)行了SEM、XRD和FTIR測(cè)定，對(duì)Bi2(MoO4)3/Ti電極的電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了交流阻抗和循環(huán)伏安檢測(cè)。測(cè)定了通空氣條件下Bi2(MoO4)3/Ti陰極體系中H2O2的濃度及其隨pH和電流密度的變化，并考察了海藻酸鐵微球存在下AOⅡ去除率隨pH和電流密度的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，合成的鉬酸鉍為?-Bi2(MoO4)3，Bi2(MoO4)3/Ti電極顯著改善了 Ti電極的導(dǎo)電性，循

7、環(huán)伏安結(jié)果顯示其對(duì)O2還原為H2O2的電化學(xué)過(guò)程有明顯的催化作用，且在還原過(guò)程中存在有Bi3+的電荷傳遞。Bi2(MoO4)3/Ti陰極電解體系中H2O2的產(chǎn)生量隨電流密度的增大而增大，在低電流密度下對(duì)pH有明顯的依賴，但是高電流密度條件下則與溶液的 pH無(wú)關(guān)。提出了低電流密度下的 O2直接還原機(jī)制和高電流密度下的間接還原機(jī)制。在海藻酸鐵微球存在時(shí)，該電芬頓體系對(duì) AOⅡ有顯著的去除作用，AOⅡ的去除率隨電流密度增大而增大，去除率在低電