正交法设计Fe、N共掺杂TiO2/Ti液膜可见光光催化处理染料废水

采用溶胶-凝胶法制备了Fe、N共掺杂TiO_2膜电极(Fe,N-TiO_2/Ti),并设计三因素五水平正交试验对电极制备条件进行优化.结果表明,各因素影响主次顺序为:煅烧温度Fe掺杂量N掺杂量;最优制备条件为:煅烧温度550℃,Fe掺杂量0.3%(质量分数),N掺杂量0.3%(质量分数);共掺杂电极光催化活性优于单掺杂和未掺杂电极.紫外-可见漫反射和光电性能测试表明,催化剂有可见光响应;XRD表征结果表明,Fe、N共掺杂细化了晶粒,有效抑制了金红石相的形成,其晶型为锐钛矿型,粒径为11.48 nm.利用Fe,N-TiO_2/Ti与Cu阴极组装成斜置双极液膜反应器,可见光激发光催化降解苋菜红,考察了主要影响因素.结果发现,最佳条件为:初始pH 2.50,废水流量5.1 L·h~(-1),在此条件下处理20mg·L~(-1)苋菜红80 min,脱色率达到91.6%.电极重复使用10次,每次60 min,脱色率下降了12.99%,说明电极稳定性较好.     

酸性红B染料的阴极氧化降解机理

以Pt/C气体扩散电极为阴极,对pH=3的60mg/L酸性红B溶液进行双室电解,8V下电解80min后,酸性红B溶液在阴极室的脱色率和COD去除率分别为94.2%和66.8%,而酸性红B溶液在阳极室的脱色率和COD去除率分别为73.3%和56.6%,表明O2能在阴极室还原为H₂O₂和.OH来氧化降解酸性红B.通过红外光谱和GC-MS对酸性红B在阴极室的降解中间产物进行了分析,检测出20种中间产物,包括14种酯、3种酸和3种含—NO₂或N—OH基团的物质,给出了酸性红B染料在阴极室的可能降解路径.     

磁性氧化石墨电催化活性及净化印染废水效能

采用高铁酸钾作为铁前驱体和氧化剂氧化石墨矿物,原位合成磁性氧化石墨(MGO)催化剂.磁性氧化石墨与碳黑(CB)混合在碳纤维布基底上制备阴极(MGO/CB),将溶解氧还原生成活性氧(ROS)氧化处理含活性红X-3B染料的模拟废水,并采用扫描电子显微镜、X-射线衍射仪、X-射线光电子能谱、电化学手段表征磁性氧化石墨催化剂的形貌结构及电化学催化活性.结果表明,片层状MGO表面锚定着不同晶体结构的纳米氧化铁粒子,活性成分存在协同催化作用;煅烧温度对氧化铁晶相及催化活性有一定影响,煅烧温度为300 ℃时制备的MGO阴极电化学降解活性红X-3B效果最佳,在阴极直接还原作用和¹O₂、^·O₂^-等自由基作用下,4h脱色率达到100%,COD_cr去除率达到77.1%;磁性氧化石墨性能稳定,至少可重复使用9次.     

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.      

铁硫氮共掺杂多孔碳阴极催化剂强化微生物燃料电池性能的研究

以杨梅为生物质、Fe₂（SO₄）₃为掺杂源,通过水合-热解-碳化的方法制备了FeSN-C复合催化材料,对其进行表征并应用于催化微生物燃料电池的阴极氧还原反应。结果表明:FeSN-C阴极在产能性能上表现优越,产生的峰值输出电压和功率密度为550 mV和854 mW/m2,分别为商业铂碳的98.6%和83.2%。同时FeSN-C阴极具有较低的过电位和高电子转移数（n=3.78）,遵循1个由四电子主导的催化过程。FeSN-C阴极相比于铂碳阴极具有更好的稳定性,在电流衰减测试中,FeSN-C阴极的衰减为17.1%,明显低于铂碳阴极的23.5%。Fe、S、N等原子的掺杂使得碳骨架发生了大量塌陷,这有利于暴露出更多的活性位点,同时Fe、S、N之间的协同作用也是提高阴极氧还原反应性能的关键。     

有无隔膜槽中成对电解脱色活性艳蓝性能比较

分别采用有/无隔膜电解槽,以活性炭纤维(ACF)为阳极和阴极,研究了不同电流密度下蒽醌染料活性艳蓝KN-R的电化学脱色。在染料脱除量、电耗、脱除当量等方面比较了两种电解槽的脱色性能。结果表明,1.0～1.5 mA/cm2时,两种电解槽中均发生阳极电氧化和阴极电还原同时进行的成对电解脱色,无隔膜槽脱色性能优于隔膜槽。     

聚苯胺/蒽醌修饰碳毡作为阴极在电芬顿中的应用

通过电化学的方法制备了经2-蒽醌磺酸钠（AQS）和聚苯胺（PANI）修饰的碳毡（CF）电极,探究其作为阴极应用于电芬顿系统中降解有机污染物的特征和影响因素及电化学稳定性.实验结果表明：经AQS/PANI修饰后碳毡阴极的电子转移内阻显著降低,仅为未修饰碳毡电极的0.21%,电化学活性显著提高.相同实验条件下修饰后的电极产过氧化氢的量约是未修饰电极的10倍.在阴极电位为-0.5 V,pH值为2以及Fe²⁺浓度为0.1 mmol·L^-1的条件下,60 min内罗丹明B的降解率可达96.46%.而在同样的实验条件下,CF、AQS/CF和PANI/CF分别作为阴极时,电芬顿体系对于罗丹明B的降解率分别为24.57%、64.29%和72.97%,均低于AQS/PANI/CF阴极.在此基础上,进一步开展自由基的淬灭实验和EPR实验,结果表明经AQS/PANI修饰后的碳毡阴极可有效催化还原分子氧产生超氧自由基,超氧自由基进一步转化为芬顿反应过程中所需的过氧化氢.     

溶液pH及电流浓度对电化学法生成羟基自由基降解机制的影响

用电化学稳态极化曲线分析方法讨论了溶液pH值及电流浓度对染料降解脱色的影响.实验结果表明,pH值将影响着阴极反应的方向、电极电位与染料降解脱色的效果.在酸性溶液中有利于过氧化氢的生成,阴极电位较低,但不利于随后的絮凝步骤;在中性溶液中染料降解脱色的综合效果较好,COD_Cr去除率可达80%以上.文中还讨论了电流浓度对降解脱色效果的影响,当电解槽内电流浓度达0.5 A/L时可取得满意的效果,电流浓度太大时,体系将伴随着析出氢气等的副反应,降解反应的电流效率下降.      

钌钯氧化物涂层电极光电降解活性红3BS的研究

以钌钯氧化物涂层电极为阳极,钛网为阴极,NaCl为电解质,研究了活性红3BS的光化学降解、电催化降解以及光电降解行为.实验表明,经30min处理后,光电降解脱色率都超过了98%,表现出显著的光电协同效应.先电解后光照和先光照后电解对比研究表明,电解后生成的中间产物在光照2min后,溶液脱色率由21%迅速提高到96%,而先光照后电解则无此现象.说明电解中间产物经UV激发后对染料退色有显著作用.     

Fe@Co/NC改性石墨毡在电芬顿体系降解EDTA-Ni的研究

采用Fe掺杂MOF前驱体ZIF-67(Fe@ZIF-67)为模版,通过煅烧制备了掺杂铁元素的金属有机框架衍生物(Fe@Co/NC).同时,首次采用Fe@Co/NC复合材料改性的石墨毡(Fe@Co/NC/GF)为阴极和石墨毡(GF)为阳极构建了电芬顿体系,研究了复合电极对络合重金属EDTA-Ni的去除效果.结果表明,Co/Fe、N掺杂的碳基催化剂具有高含量的吡啶氮(2.42%)和石墨氮(3.23%),提供了大量催化活性位点(C—N、Co—N_x),从而有效改善了催化剂氧还原的性能.在pH为3,Na_2SO_4浓度为0.1 mol·L~(-1),应用电流为40 mA的最佳条件下,反应120 min后,Fe@Co/NC/GF电芬顿体系对EDTA-Ni的降解率达到了97.4%,且有效拓宽了pH的应用范围.     

电凝聚法对活性红241染料废水脱色实验的研究

通过实验研究了铁阳极电凝聚法对活性红241废水的脱色处理效果,考察了电流密度、染料溶液初始pH值、电介质浓度及种类、温度、染料浓度对染料脱色效率的影响,结果表明:在一定实验条件下活性红241模拟废水的脱色效率达97%;电流强度、染料浓度、电解液初始pH值、电解液温度、电解质的浓度及种类对脱色效率均有不同程度的影响;以铁为阳极的原位电凝聚处理活性红241模拟废水混凝过程中主要作用机理以吸附电性中和为主;电凝聚过程中活性红241发生了阴极还原反应.     

利用碳氮共掺杂二氧化钛纳米管阵列实现同时降解甲基橙和产氢

本研究结合阳极氧化和超声辅助沉积的方法合成碳氮共掺杂的二氧化钛纳米管阵列,并采用XRD、FESEM、UV-vis、XPS等技术对材料进行表征.光电化学(PEC)体系中,碳氮共掺杂二氧化钛纳米管阵列作为阳极,甲基橙溶液作为光电催化氧化的对象,对光催化剂的氧化性能进行了考察,与此同时,在阴极实现光解水产氢,最终在PEC体系中实现同时降解甲基橙和产氢.XRD、FESEM、UV-vis、XPS及TEM等表征结果表明,碳氮成功地掺入到了二氧化钛纳米管阵列中,并未破坏其多孔有序的结构,而且比二氧化钛纳米管阵列具有更高的光催化活性.光电催化降解甲基橙的实验当中,在酸性溶液条件下,二氧化钛纳米管阵列的催化氧化效率较高,降解效率达到了100%,其速率常数为2.3×10-3s-1(p H=4),同时也具有较高的产氢速率(0.95 mmol·h-1),因此,该实验体系在光电催化降解污水中的有机污染物同时产氢方面有应用前景.     

三维Pd/OMC粒子电极体系电催化泛影酸盐还原脱碘研究

以泛影酸盐(DTZ)的高效还原脱碘为目标,通过硼氢化钠还原法制备钯负载有序介孔碳(Pd/OMC)作为粒子电极,以碳纤维(CFP)电极作为主阴极,建立了三维电极电催化还原体系.该体系在低阴极电位下(-0.6～-0.8 V)可实现电化学/感应电化学的耦合还原,其脱碘速率是单独阴极体系的2.38～3.65倍;在阴极电位高于析氢电位(-1.5 V)时,可实现电化学/感应电化学/化学催化加氢多还原过程协同去除碘代有机物,其反应速率为单独阴极体系的1.27～4.69倍.进一步研究了DTZ初始浓度、Pd/OMC投加量及Pd的负载量对DTZ还原去除的影响.电化学测试结果表明三维电化学体系具有良好的电子传递能力与电还原性能.利用自由基淬灭实验与ESR自由基捕获对活性还原物种分析,表明原子H~*在三维电化学还原脱碘过程中起重要作用.     

双极液膜法可见光光催化降解染料废水

采用溶胶-凝胶法制备了Bi2O3-TiO2/Ti膜电极,X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射(DRS)和光电性能测试进行了表征,结果表明,Bi元素掺杂进入了TiO2催化剂,拓展了催化剂的光响应波长,使其在可见光下有较明显的光电响应.将Bi2O3-TiO2/Ti光阳极与Cu阴极组装成双极液膜反应器,在可见光下光催化处理活性艳红X-3B,得出当初始pH值为2.52,废水流量为80mL/min时,处理20mg/L活性艳红X-3B 150min,脱色率可达88%.双极液膜法可见光光催化的初步机理考察表明,光生电子自发由Bi2O3-TiO2表面转移到Cu电极表面,并在Cu电极表面直接还原染料,或与其表面液膜中的溶解氧反应生成H2O2,进而参与染料的氧化,由此可实现Bi2O3-TiO2/Ti的直接氧化和Cu阴极的直接还原和间接氧化的双极双效效果.     

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.     

碳毡阴极电还原降解氯霉素效能与机制研究

为实现氯霉素（CAP）的稳定高效去除,通过阴极材料筛选优化,构建了以碳毡为阴极的电化学还原体系.实验分别考察了阴极材料、阴极电位、pH、电解质种类和CAP初始浓度对CAP降解效果的影响.结果表明：以碳毡为阴极,电流密度为2.5 mA·cm^-2时,反应30 min后初始浓度为10 mg·L^-1的CAP去除率达到了94.9%,60 min内CAP得以完全去除;CAP中氯的脱除是其降解的重要途径,60 min内氯离子的转化率可达60.5%;碳毡阴极电位降低至-1.4 V （vs.SCE）利于还原降解过程;硝酸根的存在对CAP还原有一定的抑制作用;重复降解实验和扫描电镜（SEM）实验证明了碳毡阴极降解CAP效能的稳定性;通过电子自旋共振（ESR）自由基捕获和猝灭实验初步探讨了CAP的脱氯还原机制,发现原子H^*的生成和电子还原作用是CAP快速降解的主要机制.     

膨润土-PTFE碳布电极对微生物燃料电池的影响

空气阴极MFC是一种无需添加曝气装置的MFC构型,它是利用大气中的氧气作为阴极的电子供体,相比其它构型的MFC节省了装置运行的能耗。该文以膨润土作为修饰碳布电极的材料,以PTFE为粘结剂将膨润土粘附于碳布上,然后通过扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、线性扫描伏安曲线(LSV)和循环伏安曲线(CV)表征电极的微观结构以及电化学性能。然后以制备的电极作为空气阴极MFC的阴极材料。其中碳布电极、膨润土单侧修饰的碳布电极和膨润土双侧修饰的碳布电极分别为空气阴极MFC反应器1、2和3的阴极材料,考察经过膨润土修饰的碳布电极对空气阴极MFC的影响。电池的电压、极化曲线、功率密度等电化学参数的结果表明MFC反应器2的性能最佳。控制外电阻为1 000Ω,MFC反应器1、2和3的最大电压分别为0.048、0.095和0.056 V,最大功率密度为12、33和17m W/m~2。膨润土修饰的碳布电极作为MFC阴极提高了对氧气的吸附能力和阴极的催化性能,进而提高了空气阴极MFC的性能。     

刚果红的零价铁还原脱色条件及机理研究

零价铁使直接大红4BS还原脱色,其主要机理包括了电化学作用、铁粉的还原作用、铁离子的絮凝吸附作用、铁粉表面的物理吸附等。其中电化学还原与化学还原为主。当铁粉的投加量在2 g/50 ml、pH=3、摇床转速在140 rmp时,5 min内脱色率分别达到了100%、90%和80%以上。结果表明,通过改变染料的pH值、铁粉的投加量和摇床的转速都可以很好地提高脱色效果。     

自支撑阴极用于宽pH域原位产H2O2及其耦合UV降解卡马西平

阴极电催化实现宽pH域原位产H₂O₂颇具挑战性,但在高级氧化领域具有吸引力.为克服传统芬顿及电芬顿技术中反应pH的限制,以Cd作为牺牲金属,以碳布为基底,通过煅烧成功合成了一种可在宽pH （3～10）条件下,均能原位电催化合成H₂O₂的自支撑阴极氮掺杂碳材料[X/N@C-CC,X=550、750、950 （煅烧温度）],并在此基础上,通过UV活化H₂O₂产生氧化活性物种对卡马西平（CBZ）进行降解.结果表明：（1）通过煅烧法制备的阴极材料具有高氮掺杂量,煅烧温度对其氮掺杂量及种类有着较大影响,在最佳煅烧温度750℃条件下,氮含量为8.89%,且以吡啶氮和石墨氮形式存在.此外,煅烧温度对该阴极材料氧含量无明显影响,其表面均含有C=O、—COOH官能团;（2）催化材料的主要活性位点为吡啶氮、石墨氮以及—COOH等含氧官能团,且含氧官能团的存在,使其在碱性pH条件下亦有较好的电催化产H₂O₂性能;（3）在最佳条件下,7...     

化学还原氧化石墨烯修饰PbO2电极及催化降解酸性红G

为了提高Ti/PbO₂电极的稳定性与催化氧化能力,将化学还原氧化石墨烯（RGO）以共沉积的方法修饰于β-PbO₂层.通过扫描电镜（SEM）,X射线衍射仪（XRD）,循环伏安法（CV）,电化学交流阻抗（EIS）,产羟基自由基（·OH）能力,强化寿命等测试方法对电极性能进行表征,并以酸性红G（ARG）为目标降解物,评估PbO₂-RGO电极的催化效果.结果表明,电极经RGO改性后晶型仍为β-PbO₂,析氧过电位由1.60V升至1.83V,膜阻抗由144 Ω/cm²降至16.2 Ω/cm²,强化寿命提升了43.6%.通过ARG降解实验表明,改性后的PbO₂-RGO电极催化性能均有所提高,其中PbO₂-RGO（0.05）电极具有最优的催化能力,120min内对ARG的脱色率可达到98.5%,同时对COD的去除率可达76.89%.