Ti/RuO2-TiO2-IrO2-SnO2电极电解氧化含氨氮废水

研究了含氨氮(NH^＋₄-N)废水在循环流动式电解槽中的电化学氧化,其中阳极为Ti/RuO₂-TiO₂-IrO₂-SnO₂网状电极,阴极为网状钛电极.考察了出水放置时间、进水流量和电流密度对氨氮去除的影响,并对能耗、阳极效率和瞬时电流效率（ICE）进行分析.结果表明,在氯离子浓度为400　mg/L,初始氨氮浓度为40 　mg/L时,进水流量对氨氮去除的影响不大,电流密度的影响比较大.在进水流量为600 mL/min,电流密度为20 mA/cm² ,电解时间为90 min时,氨氮去除率为99.37％,去除1 kg氨氮的能耗和阳极效率为500 kW·h和 2.68 h·m²·A,瞬时电流效率（ICE）为0.28.表明电解氧化含氨氮废水具有较好的应用前景.     

掺硼金刚石薄膜电极对高浓度含藻水的灭活研究

以BDD为阳极,不锈钢为阴极,利用BDD电极良好的电化学特性研究BDD电极对含藻水的电化学氧化效果。考察了电流密度、极水比(A/V)、极板间距、初始pH、初始藻细胞浓度对杀藻效果的影响,并分析了一定条件下能耗与时间的关系。结果表明电流密度、A/V、初始藻细胞浓度对杀藻效果的影响较显著,而极板间距对杀藻效果的影响不明显,初始pH在4时灭藻效果最好,在初始阶段碱性条件比中性及弱酸性条件灭藻效果好。当电流密度为17 mA/cm~2,A/V为9.75 m~(-1),极板间距为0.7 cm,初始pH为7.0,初始藻密度浓度为1.2×10~9~1.4×10~9的条件下,BDD电极电化学氧化灭藻呈一级动力学特征(k=0.032 4,R~2=0.997),在电解时间90 min内可取得良好的灭藻效果,耗能37.69 kW·h/m~3,且能耗与电解时间呈现良好的线性关系。     

酸性体系中Pd/PPy/foam-Ni电极电化学还原三氯甲烷

在沉积电流密度5 mA·cm^-2,沉积时间40 min条件下,通过电沉积方法制备Pd/PPy/泡沫镍(foam-Ni)电极,以Pd/PPy/foam-Ni电极为阴极研究酸性体系中三氯甲烷的电化学还原脱氯,实验在室温条件下进行.采用循环伏安法对电极进行测试,Pd/PPy/foam-Ni电极在-500 mV (vs Hg/Hg₂SO₄)左右获得很大的氢吸附峰电流值,峰电流值为－100 mA.扫描电镜(SEM)分析表明,聚吡咯的引入改变了Pd在电极表面的沉积形态,使电极表面具有很好的空间延伸性.在酸性体系中进行Pd/PPy/foam-Ni电极对三氯甲烷的电化学还原脱氯实验,结果表明,综合考虑三氯甲烷去除率及脱氯过程电流效率,在保证脱氯过程电流效率为44.17%的条件下,三氯甲烷的去除率为49.23%,此时最佳脱氯电流密度为0.05 mA·cm^-2,最佳脱氯时间为180 min,实现了在酸性水溶液体系中,低初始浓度三氯甲烷较好的脱氯效果.     

阳极化对SP700钛合金/2A12铝合金偶对电偶腐蚀影响研究

目的 研究阳极化处理对SP700钛合金与2A12铝合金电偶对的腐蚀行为和机理的影响。方法 采用电化学极化曲线测试法对阳极氧化处理前后的SP700钛合金的耐蚀性能进行初步研究,并以此作为边界条件,采用有限元数值模拟的方法,对不同状态的SP700钛合金与2A12铝合金组成的偶对电偶腐蚀情况进行模拟计算。同时,开展电偶对的电偶腐蚀试验,对模拟结果进行验证。此外,通过对电偶腐蚀后的试件表面微观形貌进行表征,进一步分析不同电偶对的腐蚀规律差异。结果 SP700钛合金阳极氧化前的自腐蚀电位为‒283 mV,腐蚀电流密度为6.164×10^‒9 A/cm²;氧化后的自腐蚀电位为‒270 mV,腐蚀电流密度为8.589×10^‒10 A/cm²。SP700钛合金阳极氧化前与2A12铝合金的试验和仿真平均电偶电流密度分别为6.81、6.76 μA/cm²;SP700钛合金阳极氧化后与2A12铝合金的试验和仿真平均电偶电流密度分别为2.58、2.54 μA/cm²。结论 SP700钛合金表面阳极化处理可有效降低与铝合金之间电偶腐蚀的敏感性。     

MnO2/EGM电极制备及电化学降解罗丹明B的研究

为开发高效的电化学阴极材料,提高溶解氧还原为H₂O₂的产率,利用电沉积法制备出了二氧化锰/膨胀石墨复合基（MnO₂/EGM）电极,并用于罗丹明B（RHB）电化学阴极降解过程的研究.实验以纯石墨电极片为阳极,MnO₂/EGM复合材料为阴极,分别考察了溶液初始pH值、电流密度、电解质浓度、RHB初始浓度和反应温度对RHB脱色效果的影响.结果表明：利用电沉积法在EGM电极表面均匀负载了MnO₂涂层;在二维电极体系中,当初始pH值为2,电流密度为40 mA·cm^-2,电解质浓度为0.15 mol·L^-1,罗丹明B初始浓度为8 mg·L^-1,反应体系温度为25℃时,RHB在电解30 min后达到最大脱色率为94.43%,且其降解过程符合一级反应动力学.运用循环伏安法（CV）研究了复合电极表面的电化学行为,以及在最佳降解条件下对H₂O₂浓度进行跟踪分析,并对降解机理进行了初步推测,发现电解液中的溶解氧在MnO₂/EGM电极表面发生还原反应生成具有强氧化性的H₂O₂,破坏了RHB的发色基团,从而使罗丹明B达到脱色目的.     

电解浮选用于活性污泥固液分离的研究

在装有Ti/RuO₂-IrO₂-TiO₂阳极、Ti阴极的电解浮选槽中进行了活性污泥固液分离的研究.考察了影响电解浮选性能的操作参数,这些参数包括水力停留时间、电流密度、进水SS浓度和进水pH值.研究表明,电解浮选是高效的固液分离单元,水力停留时间和电流密度是主要的影响因素.SS的去除率随着水力停留时间和电流密度的增加而增大;污泥负荷增加,SS的去除率下降;pH值影响电解产生微气泡的尺寸和污泥性质,但对SS的去除影响不大,实际应用中可以不调节pH值.进水SS约1 000mg/L时,当水力停留时间为20min,接触室电流密度为5 mA/cm²,分离区电流密度为2.5 mA/cm²,SS的去除率可达97%以上,此时的能耗为0.4～0.5(kW.h)/m³废水.电解浮选产生的浮渣含水率为95.9%,低于溶气气浮和二沉池的污泥含水率,对污泥减量化及其最终处置有较大的意义.     

亚氧化钛膜电极电化学特性及其处理印染工业废水的效能研究

电化学氧化法具有稳定高效、操作灵活、集成度高等特点,在处理难降解有机废水领域具有独特优势.电化学废水处理过程通常受限于传质速率,而膜电极有望解决这一瓶颈问题.亚氧化钛膜电极（TiSO-ME）的化学结构与电化学性质结果显示,经过高温还原法制备的TiSO-ME电极主要由Ti₄O₇和少量Ti₅O₉组成,大孔体积占总孔体积的92.7%,平均孔径为0.508 μm.电化学测试结果表明,TiSO-ME具有良好的导电性、高析氧电位和电化学稳定性.过滤试验结果表明,在0.82×10^-3~3.14×10^-3 mL·cm^-2·s^-1范围内膜通量与传质系数成正比.在电流密度为8 mA·cm^-2,膜通量为2.31×10^-3 mL·cm^-2·s^-1的条件下,电解1.5 h即可有效处理实际印染工业废水,sCOD去除率高达96.07%,电流效率可达24.22%,电能消耗较不存在膜通量时降低了32.99%.TiSO-ME能够实现废水在膜孔结构内部的穿流式操作,有效克服旁流式操作传质受限的问题,在小规模分散式工业废水处理中有着重要的研究价值和发展潜力.     

硝基苯在温和条件下的电化学还原

在温和条件下(电流密度不大于1mA/cm²,pH4～9),研究电极材料对水中低浓度硝基苯电催化还原过程的影响.结果表明,S1、S2和AB₅电极均能将水中硝基苯高选择地还原为苯胺 ,硝基苯转化率大于85%,苯胺产率大于75%.循环伏安和快速线性扫描研究表明,硝基苯在S1和S2电极上主要进行直接还原,而在AB₅电极则主要通过电解产生的氢间接还原.生物降解实验表明,电解产物可以被AN3菌有效降解.     

硝酸盐废水的连续流电催化脱氮研究

以高效阴极和形稳阳极为基础构建了电催化同步氧化还原脱氮体系,在还原硝酸盐的同时实现总氮的去除.同时,以电镀锌酸洗废水为例进行了连续流电化学脱氮研究,考察了电流密度和水力停留时间对脱氮效果的影响.结果表明,在电流密度为7.5 mA·cm^-2和水力停留时间为3 h的条件下,硝酸盐氮及总氮去除率分别为89.0%和88.6%,N₂选择性达到99.3%以上.通过对体系稳定性的考察,发现随反应时间的延长阴极的还原效率逐渐降低,但对阴极极板进行酸洗后用砂纸清理阴极表面可使体系脱氮效能恢复至初始状态.自由基淬灭试验表明,阴极的直接还原作用为体系中硝酸盐的主要还原机制.     

Ti/RuO2-TiO2-IrO2-SnO2电极电解氧化含氨氮废水

研究了含氨氮(NH4 -N)废水在循环流动式电解槽中的电化学氧化,其中阳极为Ti/RuO2-TiO2-IrO2-SnO2网状电极,阴极为网状钛电极.考察了出水放置时间、进水流量和电流密度对氨氮去除的影响,并对能耗、阳极效率和瞬时电流效率(ICE)进行分析.结果表明,在氯离子浓度为400 mg/L,初始氨氮浓度为40 mg/L时,进水流量对氨氮去除的影响不大,电流密度的影响比较大.在进水流量为600 mL/min,电流密度为20 mA/cm2,电解时间为90 min时,氨氮去除率为99.37%,去除1 kg氨氮的能耗和阳极效率为500 kW·h和2.68 h·m2·A,瞬时电流效率(ICE)为0.28.表明电解氧化含氨氮废水具有较好的应用前景.     

电氧化杀藻过程中藻细胞活性变化的研究

由Ti/RuO2棒为阳极、不锈钢管为阴极组成电氧化管式反应装置,采用TTC-脱氢酶活性和中性红染色的活性测定方法,研究了电氧化杀藻中藻活性变化以及影响因素.结果显示,在8mA/cm2下处理30min后,以藻细胞密度计的杀藻率仅为45%,而此时TTC-脱氢酶活性下降了94%,中性红染色率为100%,藻细胞已无法再生长,已全部失活,表明活性指标比细胞密度更能准确反映杀藻处理效果.电解液种类对杀藻存在明显影响,常用电解液Na2SO4和NaNO3的杀藻效果相近,Na2SO4浓度对杀藻效果影响不大.但当电解液中含有0.1mmol/LNaCl时,杀藻效果明显提高,5min后的脱氢酶下降了87%,中性红染色率达到82%.藻样初始浓度对杀藻效果影响较大,细胞密度增大,杀藻效果急剧下降,以天然水为电解液,细胞密度达到水华时的4.4×107个/L,只需处理1min可将藻细胞全部灭活.     

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.     

Ti/Ti4O7阳极电化学氧化降解水中的美托洛尔

等离子喷涂法制备了钛基亚氧化钛电极(Ti/Ti_4O_7),以该电极为阳极,研究了电化学氧化法对水中美托洛尔的去除效果.考察了电流密度(5~25 mA·cm~(-2))、极板间距(5~25 mm)和初始浓度(3~50 mg·L~(-1))对美托洛尔电化学降解效率的影响;分析美托洛尔电化学降解过程中溶液总有机碳(TOC)和毒性的变化,鉴别反应中间产物并计算其毒性.研究表明:Ti/Ti_4O_7阳极电化学降解美托洛尔反应符合一级反应动力学规律(R20.95),降解效率随电流密度的增大而增大,随极板间距和初始浓度的增大而减小;TOC去除率在反应40 min后可达56.5%;反应过程中产生了质合比为266、250、223和207的中间产物,造成美托洛尔溶液的生物毒性在电化学反应过程中先升高后下降.     

Ti/RuO2-IrO2电极电化学方法降解溶液中TBBPA及其降解机理探究

四溴双酚A(TBBPA)是世界上产量和用量最大的溴代阻燃剂之一,在河流、底泥及污水中持久存在,严重威胁环境和人体健康.探讨了阳极为Ti/RuO_2-IrO_2电极的电化学法对溶液中TBBPA的降解效率,并考察了电流密度(5~20 m A·cm~(-2))、初始pH值(3~11)、极板间距(1~3 cm)及电解质浓度(1~40 mmol·L~(-1))对降解速率的影响.研究结果表明,TBBPA的降解遵循一级动力学方程,在溶液初始浓度为5 mg·L~(-1)、电流密度为10 mA·cm~(-2)、电解质浓度为5 mmol·L~(-1)及极板间距为1 cm的条件下,60 min后TBBPA的降解率可达97.2%,且降解速率常数和半衰期分别为0.060 min~(-1)和11.6 min,能量消耗为105.3 k Wh·m~(-3).同时运用HPLC-MS/MS检测出中间产物双酚A(BPA)和2-溴苯酚,并推断其降解途径主要为在羟基自由基(·OH)作用下连续的脱溴过程中,苯环与异丙基之间的C—C键断裂生成BPA和2-溴苯酚.电化学法是一种高效的、有潜力的降解难降解有机污染物的方法,本文将为今后实际废污水中TBBPA的去除提供基础数据和技术参数.     

掺硼金刚石电极处理榨菜废水试验研究

掺硼金刚石(BDD)电极在电化学氧化难生物降解性废水时具有电化学性能良好、处理效果好等特点,因而受到广泛关注.本试验采用BDD电极电化学氧化榨菜废水,并考察了稀释比、初始pH值、电流密度、极板间距等参数对COD、氨氮(NH3-N)去除率的影响.试验结果表明:在稀释比为1∶2、电流密度50 mA·cm-2、未调节pH值、极板间距为15 mm的最优工况下,COD、NH3-N去除率分别为96.9%、100%.COD去除率满足线性方程y=0.435t(R2=0.9899),NH3-N去除率满足多项式拟合方程y=0.53+0.936t+0.031t2-3.46×10-4t3(R2=0.9956).研究表明,BDD电极电化学氧化榨菜废水是一种有效的高级氧化工艺.     

微生物光电化学池去除硝酸盐氮:以PANI/TiO2-NTs为光阳极

利用微生物光电化学池(MPEC)去除污染物是一种经济高效环保的方法.本实验在制备获得聚苯胺/二氧化钛纳米管阵列(PANI/TiO_2-NTs)复合光电极的基础上,构建了由PANI/TiO_2-NTs光阳极和生物阴极组成的MPEC系统,并对其去除硝酸盐氮(NO~-_3-N)的性能进行研究.结果表明,PANI负载时间为80 s时,PANI/TiO_2-NTs电极光电性能最佳,相比于TiO_2-NTs电极光电流密度增大约一倍,PANI的修饰有效提高了光能利用率.构建的MPEC系统能在无外加电压的条件下利用光能驱动实现自养反硝化脱氮,NO~-_3-N的生物降解符合准一级反应动力学方程.光响应电流密度越大,系统反硝化脱氮性能越好,NO~-_3-N初始浓度为25 mg·L~(-1)时,当光响应电流密度从0.17 mA·cm~(-2)增加至0.67 mA·cm~(-2),平均反硝化速率从0.83 mg·(L·h)~(-1)增大到2.83 mg·(L·h)~(-1).对生物阴极微生物膜进行了高通量测序,发现Pseudomonas所占比例最大(27.37%)为优势菌属.分析认为PANI/TiO_2-NTs光阳极产生的光生电子通过外电路传递到阴极,Pseudomonas、Alishewanella和Flavobacterium等具有自养反硝化能力和电化学活性的微生物可直接利用电极上的电子作为唯一的电子供体进行自养反硝化脱氮.     

高锰酸钾预氧化强化混凝去除绿藻的研究

以小球藻为对象,研究不同高锰酸钾投加量下小球藻胞外有机物分子量的分布、Zeta电位和胞外有机物浓度变化,并观察细胞结构,探讨预氧化强化混凝的机理.研究发现,当高锰酸钾浓度≤2 mg·L-1时,氧化前后藻液中的有机物组成基本不变,胞外分泌物(EOM)部分被氧化;在预氧化初期,EOM在高锰酸钾诱导下释放,胞外有机物浓度升高;藻的表面电位先下降后上升,藻活性由于高锰酸钾氧化受到抑制,但藻细胞结构保持完整,氧化后生成的MnO2附着在藻细胞表面,增加了藻细胞的比重,有利于后续的混凝沉降除藻.高锰酸钾浓度≥3 mg·L-1时,细胞壁被破坏,藻液中出现大分子的有机物,胞外有机物浓度上升,Zeta电位下降,这些都不利于后续的混凝除藻.结果表明,当高锰酸钾投加量为2 mg·L-1,预氧化1h后,PAC投加量为40 mg.L-1时,除藻效率达到92％,去除效果远好于直接混凝除藻.     

阴极原位产H2O2强化光电催化降解水中EDTA的研究

本研究构建了以活性碳纤维(Activated Carbon Fiber,ACF)为阴极,TiO_2/Ti与Ru O_2/Ti为双阳极的光电催化体系.该体系中,Ru O_2/Ti电阳极和TiO_2/Ti光阳极均有氧化作用,可同时氧化降解污染物;且电阳极具有较强析氧作用,能产生大量O_2;ACF阴极具有还原作用,可将体系中产生的O_2原位还原为H_2O_2;H_2O_2在紫外光下产生·OH,进而强化光电催化与电催化氧化过程,实现对水中乙二胺四乙酸二钠(EDTA)的高效去除.本论文详细考察了电流密度、pH、曝气等因素对EDTA降解效果的影响.结果表明,在EDTA初始浓度为300 mg·L~(-1)、溶液初始pH=4.84、电流密度为12 m A·cm~(-2)和光电流密度为0.012 m A·cm~(-2)的条件下,反应90 min后,EDTA降解率高于90%.该催化体系实现了EDTA的高效降解.     

超声强化金刚石膜电极电化学降解效率的机制

从电化学氧化的传质过程、吸附与脱附、电极反应3个步骤,考察了超声强化金刚石膜电极(BDD)电化学降解效率的机制.超声对上述3个步骤都有显著影响.超声增强了污染物的传质过程,苯酚和邻苯二甲酸的传质系数分别由5.4×10-6m/s和6.7×10-6m/s增大至2.0×10-5m/s,提高了270%和199%.污染物在BDD电极表面的电化学吸附特性决定了超声对吸附与脱附过程的作用.苯酚的吸附量大,但中间产物难于脱附,超声虽然使得吸附量由6.49×10-10mol/cm2减小至1.39x10-10mol/cm2,但促进了产物的脱附,产生了正效应,有利于直接氧化,氧化峰电流提高了32%;邻苯二甲酸的吸附能力弱,超声使得吸附量由1.25×10-11mol/cm2进一步减小至3.11×10-12mol/cm2,产生了负效应,导致直接氧化消失.超声可以显著提高BDD电极的降解效率,而且对苯酚降解的促进作用更为明显.苯酚的平均电化学氧化能量利用率提高了287%,高于邻苯二甲酸的224%,这主要是因为超声可以同时强化苯酚的直接氧化和间接氧化,但对于邻苯二甲酸,间接氧化得到了加强,却不发生直接氧化.     

纳米杀藻布杀藻效果研究

针对应急性杀藻需求,采用纳米材料研制了纳米杀藻布并对其进行了实验室和小型现场杀藻试验.结果显示,当纳米布面积为0.08cm²·mL^-1藻液时,光照3 000 lx下处理24h,藻悬浮液中微囊藻(Microcystis aeruginosa)、鱼腥藻(Anabaena 7120)、裸藻(Euglena gracilis)、衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)的细胞密度分别下降了77%、69.1%、89.1%和56.9%,硅藻舟型藻(Navicula incerta)的叶绿素下降了18.7%.在无锡五里湖水华发生现场小试结果显示处理1d可使水体Chla的水平下降76%.鱼类急性毒理测试显示该材料无毒性.