环境污染及其防治 土壤污染及其防治

X53200603319电动生物修复中电极矩阵的优化设计/范向宇(清华大学环境科学与工程系,环境模拟与控制国家联合重点实验室)…∥中国环境科学/中国环境科学学会.-2006,26(1).-34~38环图X-58对电动生物修复中单对电极间的电场分布进行了模拟,并以此定义了修复的有效作用区。通过旋转叠加的方式,求出了各种电极矩阵构型的有效作用区分布,最后筛选出2种优化的电极构型,并通过小型实验加以验证。理论优化和实验结果表明,“中”字形和六边形分别是不同旋转方式下最优的电极构型。采用这2种电极构型,可节省电极材料费,同时保持系统的稳定性和污染物去…     

土壤电动修复的电极空间构型优化研究

采用MATLAB软件对非均匀电场中几种常见电极构型的电场分布进行了模拟,根据最优的电极构型构建了电动修复实验装置,研究了电动修复过程中不同部位土壤p H以及重金属残留量随时间变化情况.结果表明,从电场强度的有效性角度,正方形(1-D-1)和正六边形(2-D-3)分别是一维、二维构型中最优的电极构型,土壤p H值的变化、重金属的去除与电场强度的分布有密切关系.采用正六边形电极构型对镉、镍、铅、铜共4种阳离子型重金属进行电动修复时,控制阴极p H值,随着修复的进行,在整个反应单元中逐步形成了酸性迁移带,可在一定程度上避免重金属的过早沉淀,有利于重金属的去除.电动修复480 h后,重金属镉、镍、铅、铜的总去除率分别为86.6%、86.2%、67.7%、73.0%,可根据修复目标改变修复时间和更换电极频次.     

粒子电极堆放方式对三维电极体系性能的影响研究

通过对自制的粒子电极串进行实验,探讨了一种消除三维电极反应床中短路电流的新方法,并研究了不同粒子堆放方式对电催化效果的影响.结果表明,粒子本身长度的适当增长,使其与溶液电位差增大,废水脱色率也随之增大.采用B-β型粒子电极串在20V电压下反应60min,14mm长的粒子电极对直接湖蓝5B废水的脱色率可达到71.4%,比...     

规整型第三电极对三维电极体系性能的影响研究

通过自制的规整型第三电极进行实验,探讨了一种减小三维电极反应器中短路电流的新方法,并研究了不同孔隙率,不同混合方式以及不同实验条件对苯酚废水处理效果的影响。结果表明,规整型第三电极采用活性炭与玻璃珠质量比例在2∶1,投加电解质硫酸钠浓度为5 g/L,电压为7 V,pH为4的情况下电解120 min,对苯酚废水中苯酚的去除率可达到91.73%,比常规乱堆型粒子电极去除率提高了22.5%。     

不锈钢电极对重金属污染土壤的强化电动修复及电极腐蚀结晶现象与机制

电极腐蚀和盐分结晶是制约土壤电动修复技术工程化应用的重要难题.本研究选择不锈钢作为电极,采用去离子水(DW)、柠檬酸(CA)和聚天冬氨酸(PASP)作为电解液,对Pb、Cu污染土壤进行强化电动修复,考察了重金属去除作用及影响因素,探讨了电极腐蚀和盐分结晶现象与机制.结果表明,在电场作用下,土壤中的Ca会迁向阴极在碱性条件下形成CaCO_3和Ca(OH)_2晶体,降低了电极的导电性;PASP对不锈钢电极有明显的缓蚀作用,CA和PASP都能明显地破坏CaCO_3晶体的形成,但无法对Ca(OH)_2晶体形成有效的破坏;CA和PASP都能促进土壤中Pb的去除,但PASP对Cu去除强化作用不明显,而CA对Cu的去除强化作用非常显著;不锈钢配合不同的缓蚀剂、增强剂联合使用,可以作为电动修复技术工程化应用的电极选择.     

Fe-Ni-TiO2/AC粒子电极的制备及可见光光电催化协同降解RhB

制备Fe-Ni-TiO2/AC粒子电极,应用于可见光助三维电极/电Fenton(Vis-3D/EF)光电催化体系中,以RhB为目标污染物,研究了可见光光电催化对RhB的协同降解.实验优化了Fe-Ni-TiO2/AC粒子电极的制备条件,并与活性炭粒子电极、活性炭负载TiO2粒子电极在Vis-3D/EF体系中的光电催化性能进行对比,结果表明:TiO2浸渍液浓度为2g/L,Fe-Ni掺杂比为5:5,Fe:Ni:TiO2物质的量比为0.5:0.5:100的条件下制备的粒子电极在Vis-3D/EF体系中表现出最优的光电催化性能,60min对RhB的去除率达92.58%,优于活性炭粒子电极和活性炭负载TiO2粒子电极.自制粒子电极在Vis-3D/EF体系比在3D/EF体系对RhB的去除率提高29.46%,表现出明显的光催化和三维电极/电Fenton协同处理效果,协同指数为1.18,说明了自制粒子电极应用在Vis-3D/EF组合技术中,实现对RhB的可见光光电协同降解是可行的.     

Co-BiVO4薄膜电极光电处理Pb/Cu-EDTA研究

采用非晶态配合物法及浸渍提拉法在导电玻璃基底上制备了Co-BiVO4薄膜电极,并采用此电极进行了光电处理重金属络合物研究.通过X射线衍射对电极的晶体结构进行了表征,发现薄膜中Co-BiVO4为单斜晶晶型.Co-BiVO4电极降解Pb-EDTA实验中,在1.5 V、反应时间120 min时,光电催化氧化和电化学作用对Pb-EDTA的降解率分别为75%和65%,Pb的回收率分别为70%与35%;光催化作用基本没有效果.破络合后的Pb2+主要以Pb(II)的形式附着在阳极上.Co-BiVO4电极降解Cu-EDTA实验中,在2.5 V、反应时间120 min时,光电催化氧化与电化学作用对Cu-EDTA的降解率分别为70%与50%,Cu的回收率分别为70%与50%;绝大部分游离态的Cu2+在阴极得电子形成Cu单质.     

电吸附技术去除水中磷酸盐离子的研究

水体富营养化是世界各国面临的重大环境污染问题.水中的磷酸盐作为水体富营养化的关键因素,如何有效去除日益引起研究者的关注.本研究利用电吸附技术处理水中PO_4~(3-)、HPO_4~(2-)和H_2PO_4~- 3种常见磷酸盐离子,并分析电吸附和脱附的特性及机理.实验得到电吸附处理K_3PO_4时,离子去除率最大,但脱附率最差,这严重影响电吸附电极的再生性.K_3PO_4溶液中存在大量的OH~-,炭电极对KOH产生物理吸附,该吸附类型比电吸附的双电层吸附难脱附.添加少量HCl调节磷酸盐的pH,减少OH~-,将溶液中PO_4~(3-)转化为HPO_4~(2-)和H_2PO_4~-,可以提高电极的脱附率,增加电极的循环使用效率,同时可增加溶液中磷含量的去除率.炭电极电吸附K_3PO_4+HCl溶液时,电极的再生性良好,连续循环四次,离子去除率由28.7%降为26.6%.     

电极旋转放电条件下O3合成效率的理论研究

根据低温等离子体理论和电磁场理论，在实验的基础上研究了电极旋转条件下低温等离子体的产生机制和臭氧的合成机制，分析了放电过程中二次放电重叠对臭氧合成的影响，建立了旋转放电与二次放电的理论模型，并根据这一理论模型导出电极旋转条件下的臭氧合成效率与二次放电重叠概率以及电极旋转速度间的理论关系．这一理论结果表明：二次放电重叠使得臭氧合成效率降低，而电极以适当地速度旋转则可以有效地避免二次放电的重叠，从而提高臭氧的合成效率．理论值和实验结果能够较好地吻合．     

BDD电极电化学氧化降解废乳化液

废乳化液是机械加工过程产生的一种高浓度有机废液,属于危险废物.通过实验研究了 BDD电极电化学氧化处理废乳化液的降解效果,考察了电流密度、电解质种类及浓度、初始pH值和反应温度对降解效率的影响.结果表明:BDD电极电化学氧化可有效降解废乳化液中的有机物,当采用Na2S2O8为电解质,电流密度超过60 mA/cm2时,降...     

活性炭纤维三维电极电催化降解水中间甲酚——效能及影响因素研究

探讨了以活性炭纤维作为三维粒子电极电氧化降解水中间甲酚的可行性与效果.首先对活性炭纤维的表面形貌,比表面积,孔结构和表面官能团情况进行了表征,发现活性炭纤维（ACFs）以单束纤维的结构交叉排列而成,比表面积较大（>1480m²/g）,另外发现活性炭纤维的表面存在较多官能团种类.结合活性炭纤维表征结果,论文对活性炭纤维三维电极的相关影响因素进行了考察,研究了活性炭纤维种类,活性炭纤维与电极的接触方式以及反应溶液初始pH值对实验结果的影响.结果表明,活性炭纤维表面过多的含氧官能团不利于污染物的快速降解,而三维电极电氧化效果随着pH值的降低而显著增大,不同的电极接触方式对三维电极电氧化效果也有较大影响.     

改性Ti/SnO2-Sb电极催化降解1,4-二氯苯废水试验研究

采用聚合物前驱体法制备了未掺杂、掺杂Cu、掺杂Bi、掺杂Ni的4种Ti/Sn O2-Sb电极,运用SEM和XRD分析电极表面形貌及结构,通过线性极化扫描、循环伏安等测试考察其电化学性能,同时进行1,4二氯苯(p-DCB)降解实验进一步探究电极的电催化氧化特性.SEM和XRD结果表明,掺杂金属可改善电极表面形貌,增大其比表面积;电化学测试表明,Ti/Sn O2-Sb电极的析氧电位并未因金属掺杂而有明显改变,掺杂金属后,Ti/Sn O2-Sb电极具有更优的电催化活性和稳定性.p-DCB降解实验表明,改性Ti/Sn O2-Sb电极对p-DCB的降解效率明显提高,其中Ti/Sn O2-Sb-Cu电极的电催化处理效果最优,电解2 h后p-DCB的去除率即达到87.6%,且p-DCB的降解反应遵循一级反应动力学规律.     

Removal of estrogens by electrochemical oxidation process

Treatments of estrogens such as Estrone(E1), Estradiol(E2) and Ethinylestradiol(EE2) were conducted using an electrolytic reactor equipped with multi-packed granular glassy carbon electrodes.Experimental results showed that E1, E2 and EE2 were oxidized in the range of 0.45–0.85 V and were removed through electro-polymerization. Observed data from continuous experiments were in good agreement with calculated results by a mathematical model constructed based on mass transfer limitation. In continuous treatment of trace estrogens(1 μg/L), 98% of E1, E2 and EE2 were stably removed. At high loading rate(100 μg/L), removal efficiency of E1 was kept around 74%–88% for21 days, but removal efficiency reduced due to passivation of electrodes. However, removal efficiency was recovered after electrochemical regeneration of electrodes in presence of ozone. Electric energy consumption was observed in the range of 1–2 Wh/m3. From these results, we concluded that the present electrochemical process would be an alternative removal of estrogens.     

碳基复合电极制备和电Fenton降解4-氯酚研究

研究了石墨-PTFE和活性炭-PTFE复合电极的制备工艺,并以4-氯酚模拟废水为对象,比较了石墨-PTFE和活性炭-PTFE复合电极的吸附和电Fenton性能。结果表明,活性炭-PTFE复合电极的吸附性能优于石墨-PTFE复合电极,而石墨-PTFE复合电极的电Fenton处理效果则明显优于活性炭-PTFE复合电极。在实验条件下,电Fenton反应时间为125min时,活性炭-PTFE复合电极的4-氯酚去除率仅为5.79%,而石墨-PTFE复合电极对4-氯酚的去除率高达94.48%。     

多维电极体系处理模拟染料废水的实验研究

以自制多维电极体系对模拟染料废水CODcr及色度去除进行研究,同时考察反应器电压、电解时间、主电极极间距、电流密度等因素对去除效果的影响。试验结果表明,在最佳反应条件下,印染废水经电解后,脱色率达90％以上,CODcr去除率达81％以上,为难降解染料废水的处理提供了一种新方法。     

负载型粒子电极电催化氧化苯酚的研究

以颗粒活性炭(AC)为载体,分别采用氧化还原法和热分解法制备了炭载纳米MnO2、SnO2-Sb-Mn粒子电极,并通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及电化学测试对其物相组成、微观形貌和电催化活性进行表征.结果表明,制备的MnO2晶粒主要以α-MnO2与δ-MnO2晶型聚团存在于AC孔隙边缘,SnO2-Sb-Mn活性组分则以固溶体形式分布于AC表面及孔隙内,两类晶体平均粒径分别为11.47,13.70nm,金属氧化物镀层可增加循环伏安曲线测试过程的伏安电荷量,提高粒子电极电催化活性.填充床苯酚模拟废水电催化降解实验表明,MnO2/AC与SnO2-Sb-Mn/AC填充床电极反应器出水苯酚及COD去除率均高于AC填充床,电流效率增大而能耗降低.在电流密度12.0mA/cm2和反应时间140min条件下,SnO2-Sb-Mn/AC粒子电极的苯酚及COD去除率分别为94.7%和90.4%,电流效率达62.7%,能耗为20.3kWh/kgCOD.     

Electrochemical detection and degradation of ibuprofen from water on multi-walled carbon nanotubes-epoxy composite electrode

This work describes the electrochemical behaviour of ibuprofen on two types of multi-walled carbon nanotubes based composite electrodes,i.e.,multi-walled carbon nanotubes-epoxy(MWCNT) and silver-modified zeolite-multi-walled carbon nanotubes-epoxy(AgZMWCNT) composites electrodes.The composite electrodes were obtained using two-roll mill procedure.SEM images of surfaces of the composites revealed a homogeneous distribution of the composite components within the epoxy matrix.AgZMWCNT composite electrode exhibited the better electrical conductivity and larger electroactive surface area.The electrochemical determination of ibuprofen(IBP) was achieved using AgZMWCNT by cyclic voltammetry,differential-pulsed voltammetry,square-wave voltammetry and chronoamperometry.The IBP degradation occurred on both composite electrodes under controlled electrolysis at 1.2 and 1.75 V vs.Ag/AgCl,and IBP concentration was determined comparatively by differential-pulsed voltammetry,under optimized conditions using AgZMWCNT electrode and UV-Vis spectrophotometry methods to determine the IBP degradation performance for each electrode.AgZMWCNT electrode exhibited a dual character allowing a double application in IBP degradation process and its control.     

不同涂层电极和抑制剂对电化学氧化降解苯酚的影响

采用热分解法和电沉积法2种工艺制得4个二氧化铅电极,用扫描电镜（SEM）观察了电极表面形貌.以水杨酸(2-HBA)为捕获剂,用高效液相色谱仪测定羟基自由基与水杨酸的羟基化产物2,5-二羟基苯甲酸(2,5-DHBA)的量作为产生的羟基自由基的浓度.通过羟基自由基的浓度的测定和苯酚的降解,研究了不同涂层电极和抑制剂对电化学氧化对苯酚降解的影响.热分解电极、无掺杂电极、掺铋电极和掺镧电极产生羟基自由基的最大浓度分别为0.781、1.048、1.838、2.044 μmol/L,以这4个电极为阳极对苯酚进行电解, 1.5　h苯酚去除率分别为87.30%、93.55%、97.95%、98.70%,5　h　TOC去除率分别为86.75%、94.26%、98.53%、99.60%;以掺镧电极为阳极,加入抑制剂CO^2-₃、PO^3-₄、CH₃ＣＯＯ^-产生的羟基自由基的最大浓度分别为无检出、0.170 μmol/L、0.270 μmol/L,对苯酚进行电解,5 h苯酚去除率分别为99.06%、99.98%、99.79%.电沉积法制得电极对苯酚的降解效果优于热分解法制得的电极,而掺杂的电极优于无掺杂的电极,掺镧电极对苯酚降解效果最好,抑制剂CO^2-₃、PO^3-₄、CH₃ＣＯＯ^-存在时会对苯酚的降解起到阻碍作用,CO^2-₃阻碍作用最强.不同制备方法和掺杂不同添加剂制得的电极的催化性能不同,对苯酚的降解效果也不同;羟基自由基的浓度越大,苯酚的降解效果越好,抑制剂捕获了产生的羟基自由基,不利于苯酚的降解.     

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.