PO43-协同钴介体电催化体系用于亚甲基蓝(MB)的降解性能研究

以阳离子型染料亚甲基蓝（MB）废水为研究对象,采用钴介体电催化（MEO/Co（Ⅱ））与PO₄^3-协同作用体系（简称PO₄^3--MEO/Co（Ⅱ）体系）,进行MB电催化降解实验,研究Co²⁺浓度、电流密度、pH值、电解质浓度等因素对PO₄^3--MEO/Co（Ⅱ）体系电催化降解MB的效果,并对其分解产物及机理进行了分析与探讨.结果表明：①PO₄^3--MEO/Co（Ⅱ）体系主要的氧化性中间产物为Co³⁺,同时存在少量羟基自由基及过磷酸盐.②PO₄^3-与MEO/Co（Ⅱ）体系之间具有明显的协同催化作用.PO₄^3--MEO/Co（Ⅱ）体系在40 min内对MB的降解率高达100%,是钴介电体系降解率的1.2倍,直接电化学氧化体系降解率的5倍.③Co²⁺浓度、电流密度及pH值对PO₄^3--MEO/Co（Ⅱ）体系氧化性能影响较大,而PO₄^3-浓度、电解质浓度对PO₄^3--MEO/Co（Ⅱ）体系的氧化性能影响较小.④PO₄^3--MEO/Co（Ⅱ）体系对MB的降解过程为：先从MB分子的N—C连接处断键,形成吩噻嗪、2-氨基-5-（N-甲基甲酰胺）苯磺酸及N¹,N¹-二甲基-1,4二氨苯等物质;然后将其降解为苯胺、苯酚、苯磺酸等;最终分解成CO₂和水等无机物.⑤PO₄^3--MEO/Co（Ⅱ）体系对MB的降解机理为：通过铂钛电极直接电催化,以及Co³⁺、过磷酸根、羟基自由基的间接氧化,其中,起主导作用的是Co³⁺的电催化氧化.     

UV/NO3-光化学降解水中的磺胺甲恶唑

本文研究了UV/NO₃^-体系对水中磺胺甲恶唑（SMX）的降解;考察了NO₃^-用量、pH值、SMX初始浓度、水体成分中常见的无机阴离子（Cl^-、SO₄^2-和HCO₃^-）和天然有机物（NOM）对SMX去除的影响;最后探讨了SMX在该体系中的降解产物和转化机理.结果表明：相比于单独UV,UV/NO₃^-对SMX的去除效果更优,这可能归因于UV激发NO₃^-产生的羟基自由基（HO^·）,通过加入HO^·淬灭剂甲醇,有力地证明了体系中HO^·的存在及其对SMX的降解作用.SMX在UV/NO₃^-体系中的降解符合准一级反应动力学.SMX的去除效率随着NO₃^-浓度的增加而逐渐提高,随着其初始浓度的增大而减小.溶液pH值对UV/NO₃^-降解SMX的影响显著,SMX去除效率表现为酸性>中性>碱性.向UV/NO₃^-体系中加入不同浓度的Cl^-和SO₄^2-对SMX的降解基本没有影响;HCO₃^-对SMX的去除有显著的促进作用,这可能归因于HO^·同HCO₃^-反应产生的碳酸根自由基（CO₃^·-）;NOM的存在会抑制SMX的降解,且NOM浓度越高,抑制越明显.在UV/NO₃^-降解SMX的反应中,根据检出的5种产物,提出SMX可能的转化机理包括4种不同的反应路径,分别为断键反应、脱氨羟基化、羟基化和亚硝化.     

均相Co/PMS系统降解吡虫啉的影响因素及降解途径研究

过渡态Co^2+-催化分解KHSO₅(Co/PMS)系统是一种新型的高级氧化技术,其反应体系可以产生强氧化性的硫酸自由基(SO^·-₄).以杀虫剂吡虫啉为目标污染物,重点研究了溶液中PMS浓度、Co^2+-浓度和无机阴离子(H₂PO^-₄、HCO^-₃、NO^-₃和Cl^-)对Co/PMS系统降解吡虫啉的影响.结果表明,吡虫啉的降解遵循准一级动力学,其降解速率与氧化剂PMS浓度和催化剂Co^2+-的浓度呈正相关.吡虫啉的降解速率随着PMS和Co^2+-浓度的增加而增大,但是当PMS与吡虫啉的摩尔比大于20时,增加PMS的浓度对吡虫啉的降解速率反而有一定程度的抑制.H₂PO^-₄能促进Co/PMS系统对虫啉的降解;低浓度的HCO^-₃促进吡虫啉的降解,高浓度则为抑制作用;Cl^-抑制吡虫啉的降解,而NO^-₃则对整个降解过程影响不明显.研究中采用GC/MS分析吡虫啉降解的中间产物,得到了6-氯烟酸和6-氯烟酰胺2种主要的中间产物,并由此推测其可能的降解途径.     

紫外/亚硫酸盐高级还原工艺加速降解水中难降解含碘造影剂

紫外/亚硫酸盐（UV/SO₃^2-）是一种基于紫外活化SO₃^2-离子依靠生成还原性自由基——水合电子降解目标污染物的高级还原工艺.本文研究了UV/SO₃^2-加速降解含碘造影剂泛影酸钠（DTZ）的效能、机制与影响因素以及UV/SO₃^2-降解DTZ的路径.结果表明,UV/SO₃^2-降解DTZ符合一级动力学模型,降解速率快于单独UV和紫外/过氧化氢工艺,且降解速率随SO₃^2-浓度的增加而升高.弱碱性或碱性水质可强化UV/SO₃^2-降解效率,背景有机物对降解DTZ有一定抑制作用.DTZ降解机制包括直接光解和还原性自由基攻击,其中自由基攻击占主要部分.DTZ在UV/SO₃^2-的降解路径包括取代、脱羧基羟基化和酰胺键断裂等.     

TiO2/Ti光电极电助光催化降解甲草胺的研究

采用阳极氧化法制备了TiO₂/Ti光电极,并通过电助光催化的方法研究了恒电流法和恒电压法对甲草胺的降解效率.实验证实了在光催化和电催化之间存在协同效应,反应溶液中加入Na₂SO₄电解质后,SO₄^2-可以被价带空穴氧化成强氧化性的S₂O₈^2-,继而可以氧化处理物质,提高甲草胺的降解效率.实验结果表明：甲草胺在羟基自由基的作用下通过羟基化作用和脱烷作用,发生断键、开环等一系列的氧化还原反应,最终生成CO₂和H₂O等无机小分子物质.     

CuNiFe LDHs/BiO2-x异质结可见光活化过硫酸盐降解环丙沙星

采用水热法成功合成了CuNiFe LDHs/BiO_2-x复合光催化剂,并在可见光照射下用于活化过硫酸盐（PMS）降解环丙沙星（CIP）.由于光催化和PMS活化的协同作用,CIP的去除率高达88.3%.利用XRD、FT-IR、SEM、XPS和UV-Vis DRS等方法对制备的光催化剂进行了表征.确定了CuNiFe LDHs的最佳负载量,并考察了PMS用量、初始pH值和无机阴离子（Cl^-、CO₃^2-和NO₃^-）对降解的影响.电子顺磁共振和自由基捕获实验表明·OH和h⁺是CIP降解的主要活性物种,并提出了该体系可能的降解机制.     

Al-CTMAB复合膨润土同时吸附处理水中菲和磷酸根

用AlCl₃和溴化十六烷基三甲基铵(CTMAB)共同改性制得无机-有机复合膨润土Al-CTMAB-Bent,并研究其同时吸附处理水中菲和PO₄^3-的性能.结果表明,在菲和PO₄^3-的初始浓度分别为1 mg/L和5 mg/L(以P计)、水土比为800∶1时,Al-CTMAB-Bent对菲和PO₄^3-的去除率分别为96.3%和90.2%.Al-CTMAB-Bent沉降性能良好,沉降1 h后剩余浊度比相应的有机膨润土下降81.4%,为解决实际污水处理中有机膨润土固-液分离难题提供依据.     

白洋淀典型区域清淤前后沉积物的氮磷扩散通量研究

清淤是治理湖泊内源污染、控制水体富营养化的一项重要措施.本文对白洋淀示范工程区清淤前后沉积物的上覆水与间隙水中氮磷的含量与扩散通量进行了研究,评估清淤示范工程对白洋淀内源氮磷污染负荷的控制效果.结果表明：清淤前,南刘庄和采蒲台示范区沉积物的表层间隙水中氨氮（NH₄⁺-N）浓度分别为0.31~8.93、0.25~5.64 mg·L^-1,磷酸盐（PO₄^3-）浓度分别为0.03~1.61、0.01~0.07 mg·L^-1,由于表层间隙水中NH₄⁺-N、PO₄^3-浓度较高,导致沉积物-水界面氮磷的扩散通量较高.南刘庄和采蒲台示范区沉积物-水界面NH₄⁺-N平均扩散通量分别为3.17、2.72 mg·m^-2·d^-1,PO₄^3-平均扩散通量分别为0.071、0.018 mg·m^-2·d^-1,表明NH₄⁺-N与PO₄^3-的潜在内源释放风险很高.清淤后,示范区表层间隙水中NH₄⁺-N与PO₄^3-浓度有明显的下降趋势,南刘庄和采蒲台示范区沉积物表层间隙水中NH₄⁺-N浓度分别为0.19~5.50、0.43~4.33 mg·L^-1,PO₄^3-浓度分别为0~0.07、0~0.03 mg·L^-1.南刘庄和采蒲台示范区沉积物-水界面NH₄⁺-N平均扩散通量分别为0.752、0.747 mg·m^-2·d^-1,PO₄^3-平均扩散通量分别为0.011、0.003 mg·m^-2·d^-1,可见清淤后NH₄⁺-N与PO₄^3-的潜在释放风险显著降低.由此充分说明,清淤工程有效地控制了白洋淀沉积物的内源氮磷污染负荷.     

低磷污水的HAP诱导结晶磷回收

为考察羟基磷酸钙（HAP）诱导结晶对低磷污水中PO₄^3--P的回收效果,以污水厂尾水为研究对象,采用方解石为晶种,首先全面对比了HAP诱导结晶与均相结晶的PO₄^3--P去除效果,然后通过改变晶种粒径和投加量,研究了晶种对PO₄^3--P回收的影响,并探讨了结晶反应条件对PO₄^3--P回收和产物晶型的影响.结果表明：HAP诱导结晶除磷效果要优于均相结晶,当结晶体系pH不超过9.0且残余Ca²⁺为100 mg·L^-1时,前者可将PO₄^3--P浓度降至0.5 mg·L^-1左右,后者则为5.0 mg·L^-1左右.构晶离子的扩散过程是HAP诱导结晶的控速步骤,减小晶种粒径和增加晶种投加量有利于构晶离子的扩散,可提高结晶反应速率,进而提高HAP诱导结晶对低磷污水的适应性,使PO₄^3--P回收率得到提高.对PO₄^3--P浓度为1.0 mg·L^-1的模拟废水,晶种投加量为10 g·L^-1、粒径为45 μm、Ca²⁺投加量为50 mg·L^-1和pH=9时,在10 min的反应时间内HAP诱导结晶可获得80%以上的PO₄^3--P回收率,出水PO₄^3--P和pH满足GB 3838—2002的Ⅱ类标准（0.1 mg·L^-1）.实验条件下,HAP诱导结晶产物晶型主要为HAP及其前驱物无定形态羟基磷酸钙（ACP）,产物结晶度随着pH的提高和晶种粒径的减小而提高.     

纳米CuO在水体环境中的转化行为及其对大型溞的毒性效应

为探究纳米CuO颗粒（CuO NP）在水体中的环境暴露风险,考察了腐殖酸（SRHA）和酸根离子对CuO NP转化行为的影响,探讨了CuO NP在不同条件下转化对大型溞的毒性效应差异.结果表明,与单独水体中CuO NP的转化行为相比,H₂PO₄^-显著促进了CuO NP释放Cu²⁺,Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-对CuO NP的转化行为没有显著影响,而CO₃^2-、HCO₃^-、PO₄^3-、HPO₄^2-抑制了CuO NP中Cu²⁺的释放;SRHA显著促进了CuO NP释放Cu²⁺,但HCO₃^-、PO₄^3-的存在可以明显抑制SRHA促进CuO NP中Cu²⁺释放的进程.CuO NP在单独水体中,以及在Cl^-、PO₄^3-和SRHA+PO₄^3-存在的水体中转化后对大型溞的致死中浓度为16~32 mg·L^-1,而在SRHA与SRHA+Cl^-存在的水体中转化后对大型溞的致死中浓度分别降到0.8和2.5 mg·L^-1,说明SRHA促进了CuO NP释放Cu²⁺,提高了CuO NP颗粒分散性,使其易于被大型溞体内细胞组织摄取,增加了CuO NP对大型溞的毒性效应,因此,环境转化对CuO NP的环境暴露风险有重要影响.     

La-PTFE共掺杂二氧化铅电极的制备及其性能研究

以Ti为基体,掺杂La2O3和聚四氟乙烯(PTFE),通过电沉积法制备了Ti/SnO2+Sb2O3/PTFE+La2O3+β-PbO2电极,并将所制备的电极应用于亚甲基蓝模拟染料废水的降解.结果发现,与常规的Ti/SnO2+Sb2O3/PTFE+β-PbO2电极相比,Ti/SnO2+Sb2O3/PTFE+La2O3+β-PbO2电极对亚甲基蓝及COD有较好的去除效果.含有La2O3活性层的Ti/SnO2+Sb2O3/PTFE+La2O3+β-PbO2电极在电解质浓度为0.15mol.L-1,电极极距为6.0cm的酸性条件下降解亚甲基蓝的效果最佳.降解3.0h后,对100mg.L-1亚甲基蓝的去除率可达到97.92%,对COD去除率为93.39%.SEM结果显示,Ti/SnO2+Sb2O3/PTFE+La2O3+β-PbO2电极表面颗粒鲜明,比表面积增大,改善了电极的微观结构和催化效果.电化学测试表明,La2O3的掺杂显著提高了二氧化铅电极的析氧过电位,显示出较好的应用前景.     

Ce修饰Ti/PbO2阳极电催化氧化降解苯酚的研究

采用电沉积法制备Ce修饰Ti/PbO2电极,通过动态极化法、循环伏安法、快速电极寿命法对电极性能进行了研究,表明该电极具有较高的析氧电位(2.11 V)和良好的电催化活性,预测电极使用寿命为2.3年.以苯酚为目标降解物,探讨了电极电催化性能,并考察苯酚初始浓度、电流密度、阳极材料、溶液温度、搅拌速度对苯酚降解效果的影响.结果表明最佳工艺参数为:电流密度为0.06 A·cm-2,pH=6.7,电极间距为2 cm,温度20℃,搅拌速度180 r·min-1,采用0.5 mol·L-1的Na2SO4溶液作为支持电解质,5 h后苯酚去除率达到95.5%.     

超声波/零价铁协同降解苯酚的研究

研究了超声波/零价铁协同降解苯酚的过程,并对其降解机理进行了研究,分别考察了零价铁投加量,溶液初始浓度,初始pH值,超声功率等因素对苯酚降解的影响规律。结果表明,超声波/零价铁工艺能有效的降解水中的苯酚,零价铁的最佳投加量为0.8 g/L,苯酚浓度越低处理效果越好,苯酚在酸性条件的降解率高于碱性条件,在0~400 W超声作用下,功率越大,降解率越大;超声波与零价铁粉对苯酚的降解具有协同作用,其降解过程符合一级动力学规律。在体系中加入自由基捕获剂正丁醇抑制了苯酚的降解,说明苯酚的降解过程主要依靠羟基自由基(.OH)的氧化作用。     

粒子电极对苯酚废水的电催化降解

以溶胶-凝胶法制备了负载型复合金属氧化物Mn-Sn-Sb/γ-Al₂O₃粒子电极,用该粒子电极取代平板电极,对苯酚水溶液进行了电催化降解的研究,并考察了pH,电解质浓度,槽电压,进水ρ(苯酚),反应温度和气体流量等因素对苯酚去除率的影响.结果表明,当反应温度为25 ℃,pH为6.4,气体流量为0.5 L/min,槽电压为6.5 V,电解质浓度为0.025 mol/L时,电催化降解质量浓度为200 mg/L的苯酚水溶液150 min,苯酚去除率为94.0%,催化活性较高.提高进水ρ(苯酚),会使反应表现为自抑制作用;提高温度有利于苯酚电催化氧化的进行,但会增加石墨电极损耗和催化剂溶出量,因此在选择电催化氧化温度时要考虑设备的耐蚀性和电极的稳定性.      

三维粒子电极催化氧化活性艳红X-3B实验研究

采用浸渍焙烧法制备了Cu/γ-Al2O3、Cu-Co/γ-Al2O3粒子电极,TiO2/Ti为阳极、石墨为阴极,采用三维电极降解染料模拟废水活性艳红X-3B溶液,考察了粒子电极、槽电压、pH值、电解质浓度等因素对处理效果的影响。实验结果表明:该反应器能够有效的降解X-3B,粒子电极显示了较高的催化活性,双组分粒子电极Cu-Co/γ-Al2O3比单组分粒子电极Cu/γ-Al2O3有着更好的催化效果,降解机制主要是电致·OH的间接氧化和粒子电极表面的直接氧化的协同作用。     

氧化物修饰电极降解有机污染物的电催化特性

采用高温热解氧化沉积法将金属氧化物SnO₂, RuO₂, Cr₂O₃, PdO修饰到钛基体表面,制备得到4种金属氧化物修饰电极.比较4种电极氧化降解苯、苯甲酸、苯酚、苯胺、硝基苯以及甲基橙染料6种有机污染物的氧化电流效率,结果表明,电极在各种介质中的析氧电位和氧化反应传递系数(β值)是衡量电极能否有效处理有机污染物废水的两个重要指标,其中SnO₂电极的析氧电位最高,PbO电极的b值最大,SnO₂电极的β 值次之.这为研制和筛选高效催化电极提供了理论依据.     

Treatment of phenol wastewater by microwave-induced ClO2-CuOx/Al2O3 catalytic oxidation process

The catalyst of CuOx/Al2O3 was prepared by the dipping-sedimentation method using γ-Al2O3 as a carrier. CuO and Cu2O were loaded on the surface of γ-Al2O3, characterized by X-ray diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). In the presence of CuOx/Al2O3, the microwave-induced chlorine dioxide (ClO2) catalytic oxidation process was conducted for the treatment of synthetic wastewater containing 100 mg/L phenol. The relationships between removal percentage and initial ClO2 concentration, catalyst dosage, microwave power, contact time, initial phenol concentration and pH were investigated and the results showed that microwave-induced ClO2-CuOx/Al2O3 process could effectively degrade contaminants in a short reaction time with a low oxidant dosage, extensive pH range. Under a given condition (ClO2 concentration 80 mg/L, microwave power 50 W, contact time 5 min, catalyst dosage 50 g/L, pH 9), phenol removal percentage approached 92.24%, corresponding to 79.13% of CODCr removal. The removal of phenol by microwave-induced ClO2-CuOx/Al2O3 catalytic oxidation process was a complicated non-homogeneous solid/water reaction, which fitted pseudo-first-order by kinetics. Compared with traditional ClO2 oxidation, ClO2 catalytic oxidation and microwave-induced ClO2 oxidation, microwave-induced ClO2 catalytic oxidation system could significantly enhance the degradation efficiency. It provides an effective technology for the removal of phenol wastewater.     

改性沼渣生物质炭活化过硫酸盐降解酚类性能

通过高温热解+稀盐酸改性制备改性沼渣生物质炭(ZBC-800),研究了ZBC-800活化过硫酸盐(PS)的效能,考察了活化剂、PS投加量、初始pH值对苯酚降解效果的影响,并实际运用于含酚类焦化废水TOC去除.结果表明,ZBC-800活化PS对苯酚去除效果显著,120min去除率达到91.58%,体系中主要通过产生¹O₂的非自由基途径降解苯酚;苯酚的去除效率随着ZBC-800投加量增加而提升,但高浓度PS会起到一定的抑制;不同初始pH值(4.10、6.80、8.40、10.00)对苯酚的降解效果基本没有影响,最终去除效率范围为91.58%~93.10%;针对实际含酚焦化废水,在初始pH=3、8.94g/L ZBC-800和0.5g/L PS体系下,TOC去除率达86.09%.表明ZBC-800可高效活化PS降解苯酚,效果显著,并在实际废水中表现出较好的降解能力,具有一定的应用前景.     

La/Ce掺杂钛基二氧化铅电极的制备及电催化性能研究

采用电沉积法制备了稀土La、Ce改性的钛基二氧化铅(Ti/PbO2)电极.利用SEM和XRD分析了电极的表面形貌和晶体结构,结果表明,稀土La、Ce掺杂后改变了电极表面的微观结构和晶面取向,使电极表面变得更加致密、均匀;用LS和CV测试了电极的电化学性能,分析表明,稀土La、Ce的掺杂提高了电极的析氧过电位和峰电流密度,改善了电极的催化性能.用所制备的不同掺杂量下的改性电极降解亚甲基蓝模拟染料废水(methylene blue,MB),结果表明,当La、Ce掺杂量分别为8.0g.L-1和5.0 g.L-1时,电极对MB及其COD的去除率达到最佳,分别为83.85%、79.95%和79.18%、76.21%,显示了良好的去除效果和催化性能,并在此基础上进一步分析了MB可能的降解路径和机制.     

石墨烯三维电极-电Fenton系统降解甲基橙

将三维电极和电Fenton系统结合电催化氧化降解甲基橙废水.制备了Fe₃O₄负载的氧化石墨烯粒子电极GO@Fe₃O₄（GF）和球形凝胶结构SA/GO@Fe₃O₄（SGF）粒子电极,对两种粒子电极进行了表征,探讨了三维电极-电Fenton（3D-EF）系统电催化氧化性能的影响因素,并进行了反应动力学分析,结合Box-Benhnken中心复合响应面设计建立响应面二次多元回归方程模型;采用紫外可见光谱和GC-MS技术研究甲基橙降解过程.结果表明,SGF粒子电极表面形成三维网络状褶皱结构.在初始pH=5,粒子电极投加量3.0g/L,反应时间90min,电流密度30mA/cm²,外加电压7V的反应条件下,SGF粒子电极体系的甲基橙色度和COD去除率分别是98.8%和87.5%,均高于GF粒子电极体系的甲基橙色度去除率87.2%和COD去除率71.2%.响应面模型预测的反应条件和甲基橙色度去除率和实验结果吻合.推测甲基橙降解过程分为3个阶段：断键氧化过程、开环过程和完全氧化过程.