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.     

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.     

F-SnO2/GAC粒子电极的制备及其电催化性能

以颗粒活性炭（GAC）为载体,通过溶胶-凝胶法制备了经F^-掺杂改性的F-SnO₂/GAC粒子电极.采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱（EDS）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、循环伏安曲线（CV）对粒子电极进行了表征.并以罗丹明B（RhB）为目标污染物,考察该粒子电极的电催化性能.结果表明：F-SnO₂纳米颗粒均匀分布在GAC的内外表面,且结晶完整;经F^-掺杂改性后的SnO₂活性组分能够增加反应体系中的转变电荷量,提高电催化活性.当RhB质量浓度为300mg/L、初始pH 3、槽电压为9V、处理30min时,在500℃下煅烧2h的10% F-SnO₂/GAC粒子电极对RhB的脱色率和COD去除率达到了97.6%和89.0%.运用电子自旋共振技术（ESR）确定了电催化过程主要是以羟基自由基（·OH）的间接氧化来实现对污染物的去除.     

活性炭粒子电极改性及其电催化性能

针对粒子电极电催化性能低、电能消耗大等问题,以柱状活性炭（AC）为载体,采用浸渍法制备负载金属的活性炭粒子电极,通过正交试验探究其最优制备条件,并应用Bohem返滴定法和SEM对改性活性炭进行表征。正交试验表明:粒子电极电催化性能受浸渍时间的影响比受浸渍浓度、焙烧时间、焙烧温度的影响更大。不同制备条件下的粒子电极形貌差异很大。在0.1 mol/L的浸渍液中浸渍12 h,400 ℃条件下焙烧4 h得到的粒子电极用于三维电极反应器中降解活性艳红X-3B,染料去除率达到85.97%,COD去除率达到65.61%,对比AC,染料去除率提高了5.29百分点,COD去除率提高了10.12百分点,能耗降低了13%。表明Ni/AC粒子电极可提高其电催化性能,降低能耗。     

过渡金属离子调变对光催化氧化反应的影响

考察过渡金属离子对TiO₂光催化活性的影响,并对过渡金属离子对催化剂TiO₂的光催化调变作用机理进行了初步探讨。结果表明,加入Cu(Ⅱ)可以大大提高TiO₂的光催化活性,反应75 min,可使活性艳蓝X-BR的COD_Cr的去除率达75%以上,对于活性艳红X-3B和活性艳黄X-6G的COD_Cr的去除率达到90%以上。过渡金属离子的调变作用是由于低价的金属离子与H₂O₂作用生成*OH自由基所致。      

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.      

改性纳米TiO2对污染土壤砷形态及土壤性质的影响

基于纳米TiO₂对土壤砷的稳定效果,以自制的改性纳米TiO₂(活性炭负载纳米二氧化钛TiO₂/AC和铁改性活性炭负载纳米二氧化钛 Fe-TiO₂/AC)为试验材料,通过室内模拟试验,研究改性纳米TiO₂对土壤砷形态、土壤pH、土壤养分及土壤酶活性的影响。结果表明:在2种改性纳米TiO₂的作用下,土壤中砷活性较强的非专性和专性吸附态均降低,惰性的砷无定形和弱结晶水合铁铝氧化物结合态和残渣态均升高。土壤pH随改性纳米TiO₂施用量的增加而升高,速效钾含量均增加,而土壤有效氮减少。在TiO₂/AC和Fe-TiO₂/AC作用下,土壤pH分别为7.07~7.21、7.28~7.43。施加TiO₂/AC和Fe-TiO₂/AC,速效钾的增幅分别为17.2%~32.2%和28.7%~29.5%,有效氮含量降幅分别为25.1%~37.8%和23.5%~44.6%。2种改性纳米TiO₂对土壤中性、碱性磷酸酶的活性均有激活作用;TiO₂/AC对土壤过氧化氢酶和脲酶活性具有一定的抑制作用,但铁改性后的Fe-TiO₂/AC抑制作用减弱,且在施加量为0.3%土壤过氧化氢酶活性比对照提高了19.5%;施加TiO₂/AC后土壤脲酶活性下降范围为63.0%~76.6%,但在0.4%Fe-TiO₂/AC作用下,土壤脲酶活性较对照上升了5.8%。可见,改性纳米TiO₂可以使土壤中砷由活性态向惰性态转化,对土壤性质的影响可通过铁改性来进行控制。     

CuO/Ac催化过硫酸盐对模拟废水中苯酚的降解效果

含酚类废水所含有毒有害物质主要为苯酚,其排放量大,微溶于水且毒性较大,难以彻底处理.利用具有吸附性和催化性的CuO/Ac（活性炭负载CuO）催化过硫酸盐产生强氧化性的SO₄-·（硫酸根自由基）对模拟废水中苯酚进行降解,研究了不同因素（如反应温度、pH、水浴时间、CuO负载比、过硫酸盐投加量）对反应前、后模拟废水中苯酚和COD_Cr的去除率,并通过正交试验对这些因素进行了优化.结果表明:①过硫酸盐高级氧化法对苯酚的去除过程以氧化降解为主,在投加0.2 g负载比为1:5的CuO/Ac和过硫酸盐前提下,反应条件为pH 3、反应温度65℃,经过6 h的水浴反应,CuO/Ac催化过硫酸盐对于模拟废水中苯酚和COD_Cr的去除率分别可达到96.83%和91.90%.②通过正交试验得出,影响苯酚去除率大小的因素依次为反应温度>反应时间> pH,影响COD_Cr去除率大小的因素依次为反应温度> pH >反应时间.③在酸性、强碱性、高温条件下反应体系对苯酚的降解作用更明显,苯酚降解过程为先开环再进一步降解;相对于单独采用过硫酸盐和活性炭催化过硫酸盐法,采用活性炭负载CuO催化过硫酸盐法对模拟苯酚废水中苯酚具有去除率高、节省成本、处理速度快等优点.研究显示:在相同的试验设计情况下,应先考虑温度对反应的影响;在反应温度相同的条件下,根据对苯酚或对COD_Cr的去除率的不同要求,分别优先考虑反应时间、pH对试验的影响.      

高级催化氧化法降解有机工业废水的研究

用煤灰渣加入活性组分复合成催化剂,以H₂O₂作为氧化剂处理有机工业废水.结果表明,该方法对有机工业废水具有很高的处理效率.在ρ(H₂O₂)/ρ(COD_Cr)为0.6,pH为4,反应2 h条件下,COD_Cr去除率可达83%以上.该催化剂是以一定粒度的燃煤锅炉废渣为载体,加入FeSO₄, MnO₂, Al₂O₂和SiO₂多种活性组分复合而成.      

臭氧催化氧化处理苯酚废水研究

采用臭氧催化氧化法处理苯酚废水,用自制的催化剂--活性炭负载金属氧化物(Fe/AC,Cu/AC,Mn/AC)对模拟苯酚废水进行臭氧催化氧化比较,并对影响催化氧化效果的几个因素:不同的活性组成分、初始COD、反应时间、pH值进行了分析。结果表明:在每次处理量为500mL苯酚废水时,负载铁氧化物的活性炭催化剂用量为15g、反应时间为40min、COD初始浓度为1000mg/L、pH值为9、臭氧投加量为10mg/L,催化氧化具有较佳的效果;催化剂的重复利用性较好,连续使用11次,COD的去除率仍可达70.4%;通过GC-MS的检测,推测其反应机理为:苯酚→苯二酚类及苯醌类化合物→醛酮类化合物→羧酸类化合物→CO2,H2O     

纳米钯铜改性毛竹炭三维电催化还原水中硝酸盐氮的机理研究

为揭示三维粒子电极对电催化还原水中硝酸盐氮(NO₃-N)的贡献及机理,以毛竹生物炭为模板,通过钯铜盐浸渍、焙烧及氢气有限表面还原等手段,制备了纳米钯铜改性毛竹炭(Nano-Pd/Cu-BC),以其为三维粒子电极搭建三维电催化还原体系,以强化传统电催化还原体系(无三维粒子电极)对NO₃-N的去除效果. 结果表明:①制备的Nano-Pd/Cu-BC保留了毛竹天然的遗态分级多孔结构特征,表面存在均匀分散的纳米Pd0和纳米Cu0金属粒子. ②三维电催化还原体系对水中NO₃-N具有更高的去除率,在反应240 min内,对NO₃-N的质量催化活性达0.069 mg/mg,较传统电催化还原体系提升5.35倍. ③三维电催化还原体系N₂的生成率为13.4%,较传统电极电催化还原体系提升2.84倍. 研究显示,采用Nano-Pd/Cu-BC搭建的三维电催化还原体系可以提升水中NO₃-N的去除率和N₂生成选择率.      

改性TiO2光催化膜处理贾鲁河河水效果

我国对地表水污染的大力治理已初见成效,但仍有一些地区(如我国中西部缺水地区)的地表水存在污染问题.缺水地区河道生态恢复缓慢,利用光催化膜对河水进行原位治理可辅助这类地区河道的综合整治.研究利用溶液流延法复合真空热处理法制得具有可见光活性的TiO₂光催化膜(N/C-TiO₂),利用扫描电镜表征光催化膜的形貌特征,通过其水处理效果评价其光催化性能.结果表明:①光催化膜材料表面暴露有TiO₂纳米颗粒团聚物,TiO₂纳米颗粒通过桥接成功生长在基体的表面,为催化剂在膜材料中的稳定性提供条件.②热处理温度对N/C-TiO₂膜光催化性能影响的试验结果表明,140℃热处理的N/C-TiO₂膜(140-N/C-TiO₂膜)的可见光催化活性优于120℃热处理的N/C-TiO₂膜(120-N/C-TiO₂膜),140-N/C-TiO₂膜在太阳光下对化学需氧量(COD_Cr)的处理水平高达100%.③光催化膜在自然光照下对贾鲁河河水的处理应用结果表明,N/C-TiO₂膜在降低河水COD_Cr、NH₃-N和TP浓度方面优于P25 TiO₂膜,其中,N/C-TiO₂膜对COD_Cr和BOD₅的日平均去除率分别达50.0%和31.9%,COD_Cr/BOD₅(浓度之比)由0.246升至0.358.④膜循环利用试验结果表明,经多次循环使用,降解效率趋于稳定,仅降低了9.5%,说明该膜具有较好的重复利用性.研究显示,N/C-TiO₂膜光催化技术可作为优良的地表水处理的原位治理技术,可用于辅助缺水地区的河道治理工作,实现地表水水质的改善,具有较好的实际应用价值.      

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.