N原子杂化石墨烯高效活化过一硫酸盐降解RBk5染料废水

过硫酸盐高级氧化技术使用过程中,活化剂的大量流失与其环境二次危害是影响该技术应用的主要限制因素.针对这一问题本研究采用改进的Hummers法结合水热法制备环境友好型的N原子掺杂石墨烯作为催化剂,活化过一硫酸盐(PMS)产生硫酸根自由基(SO4-·)和羟基自由基(·OH)降解活性黑5(RBk5)染料.利用傅立叶红外光谱,X-射线光电子能谱,拉曼光谱和透射电子显微镜对N原子掺杂石墨烯进行表征.对催化剂催化性能进行研究,考察了初始p H、催化剂投加量和PMS投加量等因素对降解过程的影响.结果表明,N元素掺杂能够有效提升石墨烯材料的PMS催化活性,且活性受N掺杂比例影响较大;废水的初始p H对降解效率无明显影响.催化剂投加量为1. 5 g·L-1,PMS投加量为0. 3 g·L-1的条件下,反应25min后RBk5染料废水的降解率可达到99%以上,反应过程符合一级反应动力学.自由基猝灭实验显示,N掺杂石墨烯/PMS体系降解RBk5为表面反应,SO4-·和·OH为降解RBk5的主要自由基.循环实验证明催化剂稳定性能良好.     

紫外光协助下DSA电极对1,4-苯醌的强化开环作用研究

以商品化DSA电极为光电极,以1,4-苯醌为模型污染物进行了光电催化降解,考察了外加电解质、外加电场强度和初始pH条件等因素的影响.结果表明,光电催化氧化过程的TOC去除率是单独光催化氧化和电催化氧化过程之和的1.25倍,光电催化降解过程具有更高的降解效率,证明光催化氧化和电催化氧化过程的耦合产生了一定的协同作用.外加电解质和外加电场均能在一定浓度和强度范围内有效提高光电催化降解效率.酸性和中性pH条件利于1,4-苯醌的开环矿化.探讨了光电催化氧化机制,指出以电化学氧化作用为主导的光助电催化氧化过程能够高效产生羟基自由基,降解效率可调,在水处理中更具实用价值.     

圆筒形电化学反应器中有机物电催化的传递特性研究

研究了圆筒形电化学反应器内有机物在电化学降解过程中的传递特性.假设废水以平推流方式通过圆筒形反应器,由电催化过程的质量守恒和法拉第定律导出浓度、电流强度随废水停留时间的变化规律.根据废水中有机物的电化学降解和有机物氧化分解的关系将浓度分布转换成COD分布,并考察了扩散对COD、电流强度分布的影响理论模型和实验数据表明,在传质控制条件下忽略与不忽略扩散的影响,COD、电流强度的分布遵循不同的指数关系.理论模型与实验数据的平均误差为8.6%;极限电流随电解质流量的变化而改变.     

填充床电催化氧化工艺处理甲基橙废水实验研究

以甲基橙模拟废水为降解对象,研究了填充床电化学反应器对偶氮燃料废水的电催化降解特性;结果表明初始浓度450mg/L,电解质含量为2%的甲基橙废水在30A/m2电流密度下经180min降解出水甲基橙浓度为2.93mg/L,去除率达99.3%,UV分析表明降解过程以键裂解为主,无其他大分子组分生成,其浓度变化符合一级动力学降解模型;在此基础上,采用单因素变量实验方法研究了初始甲基橙浓度、电流密度、电解质含量及进水流速对甲基橙电催化过程中动力学常数k的影响,得到各因素控制下动力学常数的数学表达式。依据一级动力学模型给出填充床电化学反应器处理甲基橙废水的浓度预测方程,以其通过电化学反应操作条件的优化实现甲基橙废水的彻底降解或对出水甲基橙浓度的准确预测。     

氧气热处理的TiO2纳米管阵列光电催化降解亚甲基蓝的研究

采用原位阳极氧化法在Ti基底上制备了高度有序的TiO2纳米管阵列薄膜,SEM图像表明TiO2纳米管定向排列整齐,分布均匀,其管径范围在70～100 nm.XRD结果证明,阳极氧化法制备的TiO2纳米管为无定型晶型,经退火后为具有良好光催化活性的锐钛矿型.以亚甲基蓝（methylene blue）为目标物研究了TiO2纳米管光电催化性能及影响因素,结果表明,以0.1 mol/L NaCl为电解质,在氧气热处理气氛下,外加偏压为0.5 V、pH=3.25、光照强度为1 000μW/cm2、纳米管薄膜表面积为2 cm×2 cm且MB初始浓度为10 mg/L的条件下,TiO2纳米管阵列薄膜光电催化降解MB的降解效率可达99.56%.电化学阻抗谱分析显示,光电催化降解过程的速控步骤均为表面反应步骤,外加偏压减小了界面电荷转移阻抗,提高了光生载流子的分离效率.     

AEO-7改性PbO2电极电催化降解结晶紫

通过在镀液中添加表面活性剂AEO-7,以不锈钢为基体,利用阳极氧化法制备了改性PbO2电极.同时,在结晶紫模拟废水中对比了改性前后PbO2电极的阳极极化曲线和塔菲尔曲线,并对质量浓度为10 mg·L-1的结晶紫模拟废水进行了电催化降解实验.实验结果表明,制备的改性PbO2电极对结晶紫废水的降解显示出了较好的电催化活性,最佳电解实验条件为:电解电流密度30 mA·cm-2,支持电解质Na2SO4浓度5g·L-1,处理温度35℃,在此条件下电解40 min后,结晶紫的去除率可达到90％以上.     

Bi-PbO2电极电化学氧化去除模拟废水中氨氮的研究

本实验采用钛网作为基体,利用电沉积方法制备了纯PbO2电极和Bi-PbO2电极,通过SEM、XRD、XPS对电极的表面形态进行了表征,利用循环伏安法对Bi-PbO2电极电化学特性进行了研究.同时,以氨氮模拟废水作为研究对象,考察了Bi-PbO2电极的电催化活性,探讨了氨氮电化学氧化降解机理.结果表明,Bi-PbO2电极的形态表征、电催化活性明显高于纯PbO2电极,氨氮的去除效率随电流密度的增加而提高,碱性条件下氨氮的去除效果明显好于酸性条件,适量浓度的Cl-的引入在碱性条件下提高了氨氮的去除效果.当氨氮初始浓度为50 mg·L-1、电流密度为40 mA·cm-2、pH=12、Cl-浓度为600 mg·L-1时,电解120 min后,氨氮100%去除.氨氮的降解机理为:体系中无添加氯离子,酸性条件下氨氮主要是通过间接氧化去除,碱性条件下通过直接电氧化和间接氧化共同完成;体系中添加氯离子,氨氮的去除主要是通过溶液中生成的有效氯间接氧化去除.     

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.     

双极电化学氧化降解水中苯胺

采用钛基氧化物涂层材料（Ti/SnO2-Sb2O5）为阳极,石墨为阴极,在含Fe2＋和不含Fe2＋2种电解质条件下研究了苯胺的电化学氧化降解效率和机制.结果表明,Ti/SnO2-Sb2O5阳极氧化降解有机物的电位约2.0 V±0.1 V,而石墨阴极还原O2生成H2 O2的优化电位为-0.65 V.H2 O2单独作用不能...     

电化催化氧化处理酸性蒽醌绿2Ж废水

文章采用RuO2-Ti板作为阳极,不锈钢板为阴极,研究了pH值、电解质种类及浓度、电压、电解时间与通电方式对酸性蒽醌绿2Ж模拟染料废水电催化氧化效果,结果表明处理酸性蒽醌绿2Ж模拟染料废水的最佳电催化氧化条件为槽电压10V、初始pH值为4、NaCl浓度为2.0g/L;在此条件下连续电解50min,COD去除率和脱色率分别为61.46%和83.14%。文章首次提出脉冲电催化氧化方式,研究表明脉冲电催化氧化可以明显提高能量效率和电流效率,降低处理成本。     

三维电极体系电催化氧化效率的研究

使用三维电极反应器处理不同盐量的草酸模拟废水,以IrO_2-Ta_2O_5/Ti为阳极、5 mm的球状活性炭(granular activatedcarbon,GAC)为填料,在电流密度100 A/m²,极板间距50 mm的条件下,进行电催化氧化过程中化学需氧量(Chemical oxygen demand,COD)、电流效率(Average current efficiency)以及能耗(Energy consumption)的对比,实验结果表明在盐量为0.50%～3.00%的范围内,由于双电层电容的储能作用,提高盐量造成COD去除率有所下降,但能够提高反应末期电流效率,同时由于操作电压的降低可减少反应能耗。通过对比苯酚和草酸的电催化氧化过程证明电催化氧化过程具有较强的氧化有机物的能力。     

铁阳极电解脱色直接黄11染料模拟废水

研究采用铁为阳极电化学法处理直接黄11染料模拟废水脱色性能的影响进行研究。影响因素包括:电流密度、pH值、染料浓度和电解质浓度。研究结果表明,电流密度大有利于染料废水脱色,但能耗消耗大;初始溶液在中性条件下不仅取得很好的处理效果,而且脱色能耗较低;随着染料初始浓度增加脱色率和脱色能耗降低的趋势;随着电解质浓度升高染料脱色率下降的趋势,脱色能耗先减少,然后缓慢增大。在染料初始浓度50 mg/L、pH值为7.11、电流密度2.083 mA/cm2、电解质Na2SO4浓度0.01 mol/L、温度20℃、搅拌速度600 r/min、电解时间60min条件下,脱色率达到92.2%,脱色能耗1.709 kW.h/kg染料。     

高活性阳极制备及阿莫西林降解中的毒性效应

采用电流调控方式制备多催化位点的高效Ti/PbO₂阳极，并对其形貌、晶型、电化学性能等进行表征，以常见抗生素阿莫西林（AMX）作为目标有机物，考察了阿莫西林在电催化降解中的毒性演变过程.结果表明，随沉积电流密度梯级升高，电极表层形貌由“四棱锥型”向“菜花状”转变，但晶相仍为β-PbO₂，同时电极伏安电荷量提高，膜阻抗降低.毒性检测结果表明，水体中AMX浓度与斜生栅藻的藻密度呈负相关，但对其叶绿素合成表现为“低浓度促进，高浓度抑制”效果.此外，优选制备电极对AMX具有较好的降解效果，AMX水体毒性水平随电催化降解呈现先升高后降低趋势，转录效应指数TELI_total值由最初1.54升至2.61，并经150min的持续电催化降为1.63.经110种基因应激结果表明，AMX在电催化降解中造成的细胞氧化应激与蛋白质应激最为明显.     

金刚石膜电极对有机污染物的电催化特性

研究了化学气相沉积法(CVD)制备得到的掺硼金刚石膜电极的物理性质和电化学性能.用扫描电子显微镜(SEM)法表征了金刚石膜的表面微观结构,采用循环伏安法和交流阻抗法研究了电极的电化学性质.结果表明,金刚石薄膜表面形态为复晶结构,颗粒大小均匀,掺硼后使电极具有良好的导电性能.金刚石膜电极具有很宽的电势窗口,在酸性、中性和碱性3种介质中分别为4.3V、4.0V和3.0V.同时,金刚石膜电极的背景电流非常低,为-9×10^-6～5×10^-7A.在铁氰化钾电解液中,金刚石膜电极表面在反应过程中始终保持良好的活性,在表面进行的电化学反应具有良好的准可逆性,其电极动力学主要是受扩散过程所控制.金刚石膜电极对有机污染物的催化氧化作用具有选择性.与铂电极和石墨电极相比,金刚石膜电极对苯酚、硝基苯等芳香化合物的催化氧化强烈,氧化过程较为简单、彻底.这些性质表明金刚石膜电极是一种非常适用于环保处理的新型电极.     

磁性氧化石墨烯制备及去除水中刚果红的研究

采用Hummer方法制备了氧化石墨烯(GO),采用化学共沉淀法把铁氧化物纳米粒子覆盖在GO上制成磁性氧化石墨烯(MGO),并把MGO用作吸附剂去除水中阴离子染料刚果红.采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、Zeta电位仪和磁强计对MGO进行了表征.研究了吸附动力学,吸附等温线及初始pH值,离子强度对吸附的影响.考察了MGO对自来水中刚果红的去除效果.结果表明,GO具有片状的二维纳米结构,表面有许多的褶皱;当pH3.5,吸附剂表面带负电荷,等电点为3.5;MGO的饱和磁化强度为31.2emu/g,足够从水溶液中分离出来.刚果红的吸附符合准二级动力学模型,且在吸附时间为7h内基本达到吸附平衡.在超纯水中最大吸附容量高达140.6mg/g,且吸附量随pH值升高先增加再降低,当pH4~5达到最大值.MGO对自来水中刚果红的最大吸附容量为287.6 mg/g,为在超纯水中的2倍,表明MGO对刚果红具有很好的去除效果.     

铁阳极电凝聚处理活性黑KN-B染料废水动力学分析

采用铁为阳极的原位电凝聚方法处理活性黑KN-B染料废水。以活性黑KN-B在特征吸收波长600nm和255nm的吸光度变化为分析指标,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、染料浓度等影响因素对染料废水脱色过程及脱色速率常数的影响。同时根据化学反应动力学理论对其脱色的动力学过程及脱色机理进行了初步探讨与分析。实验结果表明:染料溶液的脱色反应符合一级反应动力学过程;电流密度、染料浓度、染料溶液初始pH值及电解质的种类及浓度对一级反应速率常数影响显著,而染料溶液温度对一级反应速率常数的影响较小;染料废水的脱色过程是电凝聚和染料还原共同作用的过程。     

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。     

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.     

氧化石墨烯强化厌氧氨氧化菌的脱氮性能

采用氧化石墨烯（GO）增强厌氧氨氧化菌的脱氮性能.通过批次试验观察GO对厌氧氨氧化菌的影响,结果表明：当GO浓度为0.15g/L时,厌氧氨氧化菌脱氮性能最好,总氮去除率比无GO的空白组提高18.6%;当GO剂量达到0.2g/L时,厌氧氨氧化菌活性受到抑制,总氮去除率比空白组降低了26.0%.通过对照实验研究GO对厌氧氨氧化菌脱氮性能的长期影响,结果表明：添加GO的R2反应器在每个基质浓度阶段的平均总氮去除率分别为85.3%,83.2%,81.1%,80.8%,均高于未添加GO的R1反应器.对R2反应器周期内脱氮性能进行动力学分析发现,修正的Boltzmann模型和修正的Gompertz模型比修正的Logistic模型更适合描述GO作用下周期内基质去除特性,并且通过模型得到了周期内任意t时刻下的出水总氮浓度和总氮去除率预测公式.