光电化学协同催化降解甲基橙的研究

以TiO2/Ti薄膜电极为阳极、石墨电极为阴极、饱和甘汞电极为参比电极,设计了一种新型的双槽光电化学协同催化反应器,考察了阴极电位、反应时间、电解质浓度、溶液pH值等因素对甲基橙降解效果的影响.结果表明,电解质浓度对甲基橙的降解脱色效果影响不明显,而阴极电位、溶液pH值和反应时间则影响显著;色度为200度的甲基橙溶液,在阴极电位(Ec)为-0.6V、阴极槽初始pH3.0和阳极槽初始pH5.6、反应90min的条件下,阴极槽和阳极槽中甲基橙的脱色率分别为98.3%和51.3%,与仅靠TiO2/Ti薄膜阳极对有机物进行催化降解的“双槽单效”光电催化反应器相比,对甲基橙的催化氧化降解效率显著提高.降解前后的紫外-可见吸收光谱的变化表明,该双槽光电化学协同催化反应器不但可以同时使阴、阳两槽中的甲基橙脱色,且其苯环结构也被降解和矿化.     

电-Fenton氧化降解2,4-二氯酚

以气体扩散电极为阴极,以Ti/SnO₂-Sb₂O₅-IrO₂为阳极,构建了电-Fenton氧化系统降解水中2,4-DCP(2,4-二氯酚),在考察气体扩散阴极产生H₂O₂适宜电位基础上,研究了初始 c (Fe2+)和电化学反应时间对2,4-DCP降解的影响以及反应过程中 c (H₂O₂)、 c (Fe2+)和ρ(Cl-)的变化. 结果表明:该方法联合了电-Fenton氧化和钛基氧化物阳极氧化2种作用共同降解2,4-DCP,在阴极电位为-0.7 V、 c (Fe2+)为0.15 mmol/L、反应60 min时,2,4-DCP去除率为89.1%;反应120 min时,2,4-DCP的吸收特征峰完全消失,去除率达到100%;反应240 min时,ρ(TOC)降至9.15 mg/L,去除率达79.4%. 反应体系中ρ(H₂O₂)与ρ(Fe2+)呈负相关. 2,4-DCP被降解后,其苯环上的氯主要以Cl-的形式存在于溶液中.      

TiO2/生物炭复合材料处理低浓度氨氮废水

为研究功能复合材料对低浓度氨氮〔ρ(NH₄+-N)≤50 mg/L〕废水的处理效果,采用水热法制备TiO₂/生物炭复合材料,并在自制光催化反应装置中对低浓度氨氮废水进行处理,考察TiO₂负载量、温度、pH等因素对NH₄+-N去除过程的影响以及催化的最终降解产物.结果表明,TiO₂/生物炭复合材料能有效催化去除废水中的NH₄+-N,其优化处理条件:ρ(NH₄+-N)为50 mg/L,TiO₂/生物炭复合材料投加量为1.5 g/L,254 nm紫外灯照射120 min,TiO₂负载量为20%,废水初始pH为11.0,曝气量为150 mL/min.在优化处理条件下,当温度为60 ℃时NH₄+-N去除率可达100%,常温(30 ℃)下可达67%.反应最终产物中ρ(NO₂--N)非常低,并且无NO₃--N生成.研究显示,TiO₂/生物炭复合材料具有将NH₄+-N转化为N₂的良好光催化氧化选择性.      

改性钛基PbO2电极对有机污染物的降解性能——以甲基橙和4-硝基苯酚为例

采用溶胶-凝胶法和电化学沉积法制备了Ti/SnO₂-Sb/Ce-PbO₂电极,并对制备的电极表面形貌、晶体结构和电化学性能进行了分析,进一步探究了该电极对甲基橙和4-硝基苯酚的降解效果.结果表明,由Ce改性的Ti/SnO₂-Sb/Ce-PbO₂电极具有稳定的结构和更好的电化学活性,析氧电位可达1.56V.在电极间距为2cm,电流密度为30mA/cm²,目标污染物的浓度为100mg/L,电解质浓度为0.10mol/L时,作用120min后,Ti/SnO₂-Sb/Ce-PbO₂电极对甲基橙和4-硝基苯酚的降解率分别达到了99.59%和96.16%,180min后TOC的去除率分别达到了56.71%和54.87%,研究结果为该电极降解有机污染物提供了一定的技术支撑.     

g-C3N4/WO3光阳极的除污产电性能研究

光催化燃料电池（PFC）以太阳光为能源,利用半导体激发产生的活性物种降解污染物,同时将催化过程产生的电子导出获得电能,可有效应对环境污染和能源危机 . 本文采用热蒸汽冷凝和旋转涂膜法制备了以网状氮化碳（g-C₃N₄）为基底,其上负载 WO₃纳米片的电极材料 .在双腔室 H型电解池中,以制备的 g-C₃N₄/WO₃为光阳极、Pt片为阴极,盐酸四环素（TCH）和 Cr（VI）分别为阳极室和阴极室的目标污染物,构建g-C₃N₄/WO₃-Pt PFC 体系 . 光照 240 min 后,TCH 和 Cr（VI）的去除率分别为 79.1% 和 91.3%,电池的最大输出功率密度达到 6.70 μW·cm^-2.高活性来源于 3 个方面：（1）g-C₃N₄和 WO₃两种窄带半导体的同时激发,光能利用率增加;（2）g-C...     

PPy/TiO2光催化微生物燃料电池产电及在钴酸锂浸出中的应用

以无水氯化铁为氧化剂,碳纸为基板,通过化学氧化法制备聚吡咯/二氧化钛（PPy/TiO₂）光电阴极,采用XRD、IR、SEM对光催化材料进行表征.以碳纸为阳极;碳纸、TiO₂改性碳纸和PPy/TiO₂改性碳纸为阴极,构建双室微生物燃料电池（MFC）.在光照条件下,研究了MFC废水处理效果、产电性能及阴极钴酸锂的浸出情况.结果表明：PPy/TiO₂改性碳纸最大功率密度为10425.7mW/m²,分别是碳纸和TiO₂改性碳纸的1.97和1.86倍;PPy/TiO₂改性碳纸阴极Co（Ⅱ）浸出率为47.8%,分别是碳纸和TiO₂改性碳纸的1.87和1.76倍.     

PPy/TiO2光催化微生物燃料电池产电及在钴酸锂浸出中的应用

以无水氯化铁为氧化剂,碳纸为基板,通过化学氧化法制备聚吡咯/二氧化钛（PPy/TiO₂）光电阴极,采用XRD、IR、SEM对光催化材料进行表征.以碳纸为阳极;碳纸、TiO₂改性碳纸和PPy/TiO₂改性碳纸为阴极,构建双室微生物燃料电池（MFC）.在光照条件下,研究了MFC废水处理效果、产电性能及阴极钴酸锂的浸出情况.结果表明：PPy/TiO₂改性碳纸最大功率密度为10425.7mW/m²,分别是碳纸和TiO₂改性碳纸的1.97和1.86倍;PPy/TiO₂改性碳纸阴极Co（Ⅱ）浸出率为47.8%,分别是碳纸和TiO₂改性碳纸的1.87和1.76倍.     

CdS/TiO2复合半导体薄膜的制备及其光催化性能

以微弧氧化法制备出锐钛矿型TiO₂,进而以化学水浴法沉积CdS,通过调控时间,制备CdS/TiO₂复合半导体薄膜. X射线检测表明,微弧氧化所制备的TiO₂为锐钛矿结构, 化学水浴法制备的CdS主要以离子离子的方式沉积在TiO₂薄膜上. SEM及可见光催化降解亚甲基蓝的试验表明,沉积时间为15 min的复合半导体薄膜上的CdS粒子呈圆球形、单层孤立、均匀地分散在TiO₂表面,绝大多数粒子的粒径在nm级别,分布比较均匀,对亚甲基蓝有着较好的光催化性能,与TiO₂薄膜相比,复合半导体薄膜的光催化性能有很大的提高. 结合光催化评价结果,对复合半导体薄膜的光催化剂机制进行了讨论.      

TiO2光催化膜反应器的实验研究

采用溶胶-凝胶法,分别在炻器管、不锈钢管和玻璃管内壁负载TiO₂催化剂膜,在连续式光催化膜反应器中研究TiO₂膜光催化降解水中有机物的实际应用性能.结果表明:负载于玻璃表面的TiO₂膜上出现了Na元素的渗透,而在不锈钢表面所形成的TiO₂膜层均匀度较差;利用炻器管负载TiO₂催化降解亚甲基蓝(MB)的速率常数是不锈钢管和玻璃管的2倍;反应过程中鼓气与否所得到的苯酚光催化速率常数分别为0.143和0.103min-1;溶液在管内的流速为1和9 L/min时流体的Re分别为4 000和10 000.      

Fe(Ⅵ)/Na2SO3体系降解阿特拉津效能

利用高铁酸钾活化亚硫酸钠(Fe(Ⅵ)/Na₂SO₃体系),探究其对阿特拉津(ATZ)的降解效能;鉴别了反应体系主要活性组分,并考察了Na₂SO₃投加量、反应溶液pH值和水质背景成分对ATZ降解效能的影响.结果表明:当Fe(VI)和Na₂SO₃的投加量分别为50和200μmol/L时,反应10s后Fe(Ⅵ)/Na₂SO₃体系对ATZ的降解效能达到74.4%,单独Fe(VI)(50μmol/L)和单独Na₂SO₃(200μmol/L)对ATZ的去除率仅为10.2%和7.5%.探针化合物和溶解氧作用等实验证实体系中主要的活性基团为SO₄^·-.在pH=8,Fe(VI)投加量为50μmol/L时,随着Na₂SO₃投加量的增大,Fe(Ⅵ)/Na₂SO₃体系对ATZ的去除效率先增大后减小,其中最佳Na₂SO₃投加量为150~200μmol/L.Fe(Ⅵ)/Na₂SO₃体系在pH 7~10的范围内,均可以快速降解ATZ.在天然水体中,Fe(Ⅵ)/Na₂SO₃体系也可以高效降解ATZ,但是水质背景成分会竞争消耗SO₄^·-,导致Fe(Ⅵ)/Na₂SO₃体系对ATZ的降解效能降低.     

Pd-Fe/石墨烯多功能催化阴极降解4-氯酚机制研究

制备出Pd-Fe/石墨烯多功能催化阴极,与Ti/Ir O2/Ru O2阳极、有机涤纶滤布构成隔膜电解体系,将阴极催化加氢脱氯作用和阴阳极氧化作用耦合起来对含4-氯酚的有机废水进行降解,采用TOC仪、紫外扫描、高效液相色谱、离子色谱分析方法研究其降解效果及反应历程.结果表明,在最佳反应条件下,Pd-Fe/石墨烯催化体系阴阳极室中4-氯酚转化率分别为98.1%和95.1%,优于Pd/石墨烯催化体系阴阳极室的93.3%和91.4%.Pd-Fe/石墨烯催化体系脱氯效果高于95%,表明双金属催化剂具有更强的析氢能力.在阴阳极的协同作用下,反应120 min时4-氯酚被完全转化.通过阴极加氢脱氯作用,4-氯酚被还原成苯酚.随后苯酚在阴阳极的共同氧化作用下,被氧化生成对二苯酚、苯醌等中间产物,继而被氧化为小分子有机酸,最后被矿化为CO2和H2O,据此提出了4-氯酚降解的可能历程.     

一种新型电化学法处理硝态氮废水的初步研究

通过对Pd-Me双金属催化还原NO 3--N和折点氯化法处理NH 4+-N的相关理论分析,提出了一种基于电化学法的新型NO 3--N废水处理工艺.即利用具有电子空轨的常见金属元素修饰Ti基获得催化阴极,在电场的作用下,将NO 3--N催化还原;通过调整催化元素的配比和电解条件,控制NO 3--N还原产物主要为NH 4+-N;利用阳极氧化Cl-生成高氧化性物质HOCl,将NH 4+-N氧化为无害产物N2-N.结果表明,金属元素Co和Cu修饰Ti基制得阴极可以有效地催化还原模拟废水中的NO 3--N;按前驱物溶液金属元素摩尔比1∶1制得Ti基Co-Cu复合涂层催化阴极,可以将NO 3--N高效催化还原为NH 4+-N;电解体系中引入Cl-后,通过阳极作用可将NO 3--N还原生产的NH 4+-N有效地氧化为N2-N.在100 mg/L NO 3--N模拟废水中添加1 000 mg/L Cl-,设置极板间距6 mm、电流400 mA,电解2.5 h后出水NO 3--N、NO 2--N、NH 4+-N和TN分别为2.9、0.5、1.7和6.0 mg/L.     

电化学还原-氧化工艺降解4-氯酚的毒性研究

采用紫外光还原法制备了Pd-Fe/石墨烯催化阴极,并以Ti/IrO_2/RuO_2为阳极,构成三电极体系(双阴极)和两电极体系(单阴极)的电化学还原-氧化降解工艺,分别对4-氯酚进行降解.采用离子色谱、高效液相色谱、TOC仪对4-氯酚降解过程中中间产物及其浓度进行测定.根据公式计算降解过程中理论计算毒性值,应用发光细菌法测定降解过程中的实际毒性值,对理论计算毒性值与实际毒性值进行比较,分析不同体系下降解过程中毒性的变化规律.结果表明,两种工艺体系在最佳降解条件下,阴极室毒性均呈下降的趋势,由于降解过程中在阳极室生成高毒性的苯醌,阳极室毒性均先升高后降低.通过相关性分析得到,两种体系理论计算毒性与实际毒性在P=0.01水平下,相关性系数均为1,显著相关,表明降解过程中实际毒性的测定结果真实可靠.降解至120 min时,三电极体系毒性小于两电极体系,表明三电极体系优于两电极体系.据此提出实际毒性测定方法在电化学还原-氧化工艺降解氯酚类有机废水毒性测试的工业应用中有着广泛的前景.     

A high activity of Ti/SnO2-Sb electrode in the electrochemical degradation of 2,4-dichlorophenol in aqueous solution

Electrochemical degradation of 2,4-dichlorophenol (2,4-DCP) in aqueous solution was investigated over Ti/SnO₂-Sb anode. The factors influencing the degradation rate, such as applied current density (2-40 mA/cm²), pH (3-11) and initial concentration (5-200 mg/L) were evaluated. The degradation of 2,4-DCP followed apparent pseudo first-order kinetics. The degradation ratio on Ti/SnO₂-Sb anode attained > 99.9% after 20 min of electrolysis at initial 5-200 mg/L concentrations at a constant current density of 30 mA/cm² with a 10 mmol/L sodium sulphate (Na2SO4) supporting electrolyte solution. The results showed that 2,4-DCP (100 mg/L) degradation and total organic carbon (TOC) removal ratio achieved 99.9% and 92.8%, respectively, at the optimal conditions after 30 min electrolysis. Under this condition, the degradation rate constant (k) and the degradation half-life (t_1/2) were 0.21 min^-1 and (2.8±0.2) min, respectively. Mainly carboxylic acids (propanoic acid, maleic acid, propanedioic acid, acetic acid and oxalic acid) were detected as intermediates. The energy efficiencies for 2,4-DCP degradation (5-200 mg/L) with Ti/SnO₂-Sb anode ranged from 0.672 to 1.602 g/kWh. The Ti/SnO₂-Sb anode with a high activity to rapid organic oxidation could be employed to degrade chlorophenols, particularly 2,4-DCP in wastewater.     

IrO2/Ta2O5-石墨电Fenton降解对硝基酚的研究

采用最高的电化学稳定性钛基镀IrO2/Ta2O5为阳极,以石墨为阴极,通过外加Fe2+,构成一种新的高效电Fenton体系对难降解有机物对硝基酚(4NP)废水进行了降解研究。在最佳工艺条件:恒电流0.3A,Na2SO4浓度3g/L,Fe2+浓度为1mmoL/L,曝气量40mL/min,初始pH为5.30对100mg/L的4NP电解2h,COD去除率达84%。并且钛基镀IrO2/Ta2O5阳极相对于目前常用的Pt、PbO2等阳极具有特有的优势,为废水处理中选择新型阳极材料和新的反应体系提供了新思路。     

电解制备聚合铝过程中Alb形态生成条件研究

考察了电解法制备聚合铝过程中AIb的最佳形成条件。AIb的形成与电流密度、极板间距、电解液的温度、铝的浓度以及电解时间等因素有关。在制备AI浓度为2．0mol/L的聚合氯化铝时，最佳的电流密度和极板间距分别为1．1A／dm^2和10mm。由于电化学过程中产生的不均匀的界面pH差值较大而生成较多的AI（OH）4^-作为AIb结构的结晶核心，因此能形成更多的AIb聚合形态。     

染色残液电化学处理碳素阴极材料性能比较

为实现染色残液的高效处理及废水回用,鉴于染色残液良好的导电性,选用电化学处理技术,以模拟活性红X-3B染色残液为研究对象,在钌铱形稳电极为阳极和合适的电解条件下,比较石墨板、石墨毡、炭毡、ACF（活性炭纤维毡）、碳纤维电极〔CFF（碳纤维布）、CFB（碳纤维刷）〕等碳素阴极材料的电化学处理效能.结果表明:碳素阴极材料可实现染色残液的完全脱色,活性红X-3B的降解过程符合一级反应动力学特征,其中CFF为阴极时COD_Cr去除率达到86.37%,一级动力学反应常数为0.010 3 min-1,是石墨毡（0.007 3 min-1）的1.4倍.相比于石墨板电极,CFB显示出优异的二电子氧还原和产H₂O₂能力,单位面积产H₂O₂的浓度为10.40 μmol/L,是石墨板（1.08 μmol/L）的9.7倍,产生的H₂O₂导致活性红X-3B的降解,30 min内实现完全脱色.循环伏安曲线表明,碳纤维电极（包括CFF和CFB）的析氧电位明显高于其他电极,可有效抑制析氧副反应,提高有机污染物降解过程中的电催化效率,有利于降低能耗.研究显示,碳纤维可作为阴极材料应用于电化学处理染色残液,具有良好的稳定性.      

Fe-PTFE-nano-PbO_2/Ti电极电催化氧化对硝基酚废水研究

研究了模拟废水对硝基酚(p-NP)的电化学降解情况,实验中以Fe-PTFE-nano-PbO2/Ti为阳极,石墨为阴极,讨论了电流密度、p-NP初始浓度、电解质(Na2SO4)浓度、溶液初始pH这些因素对p-NP降解的影响。实验表明,电流密度越大,生成的·OH更多,去除效果越好;p-NP初始浓度越小,电解速度高于扩散速度,反应速率越快,浓度越高,产生的更难降解的与p-NP竞争有机物中间产物越多,反应速率越低;Na2SO4浓度越大,SO42-产生的中间产物因具有氧化作用,在一定浓度范围内促进有机物的降解;溶液pH越小,析氧电位越低,越不容易发生析氧副反应,提高降解效率,有利于有机物降解。实验中电流密度20 mA/cm2,p-NP起始浓度100 mg/L,Na2SO4浓度0.02 mg/L,pH为5.1时条件最优,有机物降解效果较好,120 min时p-NP去除率99.23%,COD去除率77.38%,矿化率较高。     

Ti/RuO2电极电催化脱除罗丹明B色度的研究

在阳极和阴极均为Ti RuO2 的无隔膜电解槽内 ,对罗丹明B的电化学脱色效果进行了研究 ,探讨了外加电压、电解质浓度、反应时间、溶液的初始pH、罗丹明B浓度以及NaCl的投加量对罗丹明B脱色的影响。研究结果表明 ,增加电压、提高电解质浓度、降低溶液pH、延长反应时间有利于罗丹明B色度的脱除 :相同条件下 ,溶液浓度越低 ,罗丹明B的电化学脱色效果越好。对于含 2 0mg L的罗丹明B溶液 ,当电解质Na2 SO4 浓度为 0 1mol L、溶液pH =2、外加电压为 8V ,电解6 0min ,溶液的脱色率即达到 95 % ;如果溶液中加入 6 0mg LNaCl,只需电解 30min ,罗丹明B溶液的脱色率即达到 96 %。     

恒电流下电生成活性氯降解活性艳红K-2BP

以Pt片作工作电极和辅助电极,NaCl为支持电解质,研究了活性艳红K-2BP的电化学脱色降解行为。通过循环伏安法与整体电解获得其电化学反应特性,经调控溶液的性质考察了不同体系对其降解效果的影响。实验结果表明,在pH为6、NaCl浓度为0.2mol/L、电流密度为60mA/cm2和室温条件下,30mg/L的活性艳红K-2BP经电化学降解1h,脱色率可达94.4%。pH对活性艳红K-2BP的脱色率影响较大,初始pH越小,脱色率越高。