多通道网状电极电化学预处理垃圾渗滤液反渗透浓缩液

反渗透(Reverse Osmosis,RO)因出水水质好、运行成本低等优势常用于垃圾渗滤液的处理,但产生的RO浓缩液具有COD高、色度高、盐分高、难降解等特点,其处理存在效果差、能耗和成本均较高等问题.本工作采用氧化钌/氧化铱涂层电极(RuO2/IrO2-Ti)的钛网为阳极,以304不锈钢电极为阴极,设计制作了6通道的电化学反应器,通过电化学氧化处理RO浓缩液,研究考查了电流密度、循环流速、比电极面积等参数对COD去除效果的影响,分析了电化学氧化去除难降解有机物并同时脱盐的过程机理与能耗.结果表明,在电流密度32.89 mA·cm^-2,循环流速0.46 cm·s^-1,比电极面积65.10 m²·m^-3的条件下,电化学氧化处理RO浓缩液3 h,COD去除率可达68.0%,TOC去除率可达40.6%,脱盐率可达72.1%,去除单位质量COD能耗仅为常规的板状电极电化学反应器的25.5%.本工作可为垃圾渗滤液RO浓缩液的预处理提供新思路.     

脉冲电化学氧化处理低浓度氨氮废水

大量未经处理的氨氮废水肆意排放,严重破坏生态环境和危害人类身体健康.本文设计了连续流循环装置,并采用脉冲电流替代直流电流处理低浓度氨氮废水,考察了脉冲电化学氧化法处理低浓度氨氮废水的优化工艺条件,研究了脉冲电流对氯离子添加量、能耗的影响.最佳工艺条件为:初始氨氮浓度为60 mg·L~(-1),氯离子浓度为120 mg·L~(-1),电流密度为70 m A·cm~(-2),初始pH值为9,溶液初始温度为20℃,脉冲频率为5000 Hz,占空比为50%.电解240 min后废水中氨氮的去除率达85.01%.结果表明,每处理1 t氨氮,脉冲电化学氧化法的氯离子添加量为2.35 t,直流电化学氧化法的氯离子添加量为2.73 t,脉冲比直流电化学氧化氨氮的能耗节约26.20%.采用脉冲电化学氧化法处理低浓度氨氮废水,可减少氯离子添加量,降低能耗,为电化学氧化法处理废水提供了新思路.     

Ni foam/Cu电极电催化还原硝酸盐氮

采用恒流电沉积法制备了泡沫镍/铜（Ni foam/Cu）电极.以Ni foam/Cu电极为阴极、Ti/RuO₂-Ir₂O₃电极为阳极构建电解体系,对水中硝酸盐氮进行电催化还原处理.并研究了电解质对总氮和氨氮去除率的影响和电极的稳定性.在一定范围内,增大电解质NaCl的浓度可以提高总氮和氨氮去除率.当NaCl浓度为0.5 g·L^-1时,在电解电流密度为8 mA·cm^-2的条件下对100 mg·L^-1 NO₃^--N溶液进行6次重复电解实验,2.5 h后硝酸盐氮去除率均可以达到94.5%以上.当NaCl浓度为1.25 g·L^-1时,在电解电流密度为8 mA·cm^-2的条件下对100 mg·L^-1 NO₃^--N溶液电解2.5 h,出水中氨氮浓度只有2.90 mg·L^-1,总氮去除率达到79....     

垃圾渗滤液生化出水电化学处理技术

以垃圾渗滤液生化出水为研究对象,利用Ti/RuO_2阳极、铁网双极电极及Cu-Zn阴极组成的Ti/RuO_2-Fe-Cu/Zn电化学体系进行电化学降解研究,讨论了电流密度、氯离子浓度和初始pH值对反应的影响及双极电极的作用.研究结果表明,当电流密度为100 m A·cm-2、初始氯离子浓度为2840 mg·L-1及初始pH值为8.5时,污染物的降解效率最高,电解4 h时,CODCr、NH+4-N、TN和TOC的去除率可分别达到94.12%、99.55%、94.17%和61.65%;在Ti/RuO_2-Fe-Cu/Zn电化学体系中,铁网电极的存在不仅可以强化有机物去除,并且可以有效抑制硝酸盐的积累,提升TN的去除能力;三维荧光分析表明,电解3 h,类蛋白质类物质和类腐殖质类物质荧光强度分别降低53.41%和71.02%,有机物矿化度升高.     

铈负载SBA-15分子筛催化臭氧氧化水中环丙沙星

通过水热法合成纯硅介孔分子筛SBA-15,并采用等体积浸渍法制备Ce负载SBA-15分子筛催化剂(Ce/SBA-15),将其应用于催化臭氧氧化环丙沙星(CIP).小角X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)表征结果表明,Ce/SBA-15保持了纯硅SBA-15有序的介孔结构.Ce/SBA-15催化臭氧氧化环丙沙星(CIP)结果显示,催化剂有良好的活性,对环丙沙星的矿化率为63.3%,比单独臭氧氧化高出22.9%;随着铈负载量增加,催化剂活性呈现先增大后减小趋势,负载量为2%时催化效果最佳;TOC去除率随着反应温度增加而提高;溶液初始pH对反应有显著的影响,pH=5.01时TOC去除率最大.以水杨酸作为羟基自由基(·OH)捕获剂,用比色法测定·OH产量为0.0072 mmol·L~(-1).溶液中投加1 mmol·L~(-1)磷酸根时,催化臭氧氧化中TOC去除率降低了25.8%,催化效果受到明显抑制,表明·OH的生成发生在Ce/SBA-15表面.     

β-Mo2C纳米管用于葡萄糖催化氧化及燃料电池的构建

采用水热法合成棒状MoO_3纳米材料作为合成β-Mo_2C纳米管的前驱体,然后通过辅助超声搅拌溶剂热法合成Mo-多巴胺复合物,最后通过程序升温处理得到β-Mo_2C纳米管材料.通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)等技术对材料进行表征,并利用循环伏安法(CV)、方波脉冲伏安法(SWV)、线性扫描伏安法(LSV)等电化学方法研究了该材料对葡萄糖的催化氧化性能.实验结果表明,β-Mo_2C纳米管修饰电极阻抗小,传导电子的速率快,对葡萄糖的氧化具有很好的催化效果.利用β-Mo_2C纳米管构建的葡萄糖/O_2燃料电池的开路电位(OCP)为0.47 V,该燃料电池的最大电流密度3.0 mA·cm~(-2)、功率密度0.70 mW·cm~(-2).     

电催化氧化阳极制备及其降酚特性

以自制Ti基SnO2/Sb2O3/IrO2镀层形稳电极(Dimensionless Stable Anode)为阳极,采用电催化氧化法处理模拟含酚废水.通过涂层分析和电化学性能测试表征了自制电极特性,考察了电解质类型和浓度、电流密度、苯酚初始浓度及体系初始pH值等因素对苯酚氧化过程的影响,并探讨其降解动力学规律.结果表明,自制电极是以SnO2为基础的纳米级固熔体氧化物电极且具有较好的表面结构,运行稳定性较好.苯酚的降解主要依赖于以NaCl为电解质时产生的氯系活性物质的间接氧化作用.随着电解质浓度及电流密度的增加,苯酚降解速率随之增大;而苯酚的初始浓度越大,降解速率越慢.体系初始pH对过程影响不明显.苯酚的降解过程符合一级反应动力学。     

铁、铝催化过氧化氢氧化有机物特征

氧化作为水处理常用的方法,对水质和水处理过程影响深远,因而备受关注.运用三维荧光光谱和紫外差异分析等技术研究过氧化氢单独氧化、铝催化过氧化氢氧化、铁催化过氧化氢氧化对水体有机物的作用;并分析其对溶解性有机物(DOM)的结构和形成消毒副产物潜能的影响.结果表明,铁、铝明显催化过氧化氢对有机物的氧化过程,且铁催化能力明显强于铝.当催化剂投量均为0.018 mmol·L~(-1),过氧化氢投加量3.5 mg·L~(-1)时,UV254和TOC值的去除率分别是铁催化35.5%、36.4%和铝催化5.0%、29.3%,而单独氧化仅为14.0%、16.7%.利用三维荧光光谱和紫外差异吸收值去卷积分可以明显检测出上述3种氧化对有机物结构影响的差异.催化氧化不改变荧光峰位置,但不同程度地削弱了各荧光峰强度和区域荧光积分值.其中,铁催化对于类蛋白区、可见光区类富里酸和紫外区类富里酸降解程度较高.由紫外差异去卷积分得到,3种体系对水体有机物紫外结构破坏位点在272 nm处是一致的,但破坏程度不同.如3.5 mg·L~(-1)H2O2、0.018 mmol·L~(-1)催化剂投量时,紫外吸收差异值ΔA272/A272分别为单独氧化7.0%,铝催化8.3%,铁催化18.9%.催化氧化对有机物紫外结构铝催化特征位点为λ339 nm、λ364 nm;铁催化特征位点为λ319 nm、λ425 nm.铝、铁离子催化氧化均提高了三卤甲烷的去除率,铝催化去除率优于铁催化.     

响应曲面法优化新型电化学系统深度处理垃圾渗滤液生化出水

在以掺硼金刚石膜(boron-doped diamond,BDD)电极为阳极,碳毡材料为阴极的传统二维电化学系统中,在阴阳极板间引入感应铁电极,构建新型电化学系统,将系统用于垃圾渗滤液生化出水的深度处理研究.利用Box-Behnken(BBD)模型的响应曲面法(response surface methodology,RSM),考察电流密度、电解时间、p H值对出水COD及氨氮去除率的交互作用影响,并建立相关数学模型.结果表明,影响因子显著性顺序依次为:电解时间电流密度p H,模型回归性好,预测最大COD去除率为79.5%,氨氮去除率为97.8%,最佳实验条件为:电流密度0.1 A·cm-2,电解时间8.86 h,p H 10.86,实测结果为COD去除率78.0%,与预测值相比偏差为1.8%,氨氮去除率为94.2%,与预测值偏差为3.7%.由此可知,经响应曲面法优化后的实验方案可保证新型电化学系统处理垃圾渗滤液研究达到良好处理效果.     

TiO_2纳米管电极光电催化降解四环素

采用电化学阳极氧化的方法,分别以HF酸水溶液和含NH_4F的丙三醇溶液为电解液,制备出高度有序的TiO_2纳米管电极.扫描电镜结果表明,TiO_2纳米管生长形貌良好,其中有机电解质溶液中制备的TiO_2纳米管管长为3μm,而水溶液中制备的TiO_2纳米管长度仅为300 nm.TiO_2纳米管电极经450℃热处理后,表现出明显的锐钛型结构.两种TiO_2纳米管电极均具有较好的光电催化活性,在偏压为4 V时,光电流分别为1.37 m A·cm~(-2)和0.83 m A·cm-2,其中管长3μm电极在180 min内对50 mg·L~(-1)四环素TOC的去除效果约为93%.该电极具有较高的稳定性,重复使用5次,光电催化过程对四环素废水均具有较高的降解效果.在180 min内,四环素的降解率均保持在92%±1%,可重复使用.     

电絮凝法去除模拟废水中的PFOS和PFOA

由于全氟化合物(PFCs)具有持久性、生物富集性和多种毒性,近年来人们日益关注广泛存在于工业废水、生活污水、以及天然水体中的全氟辛烷磺酸(PFOS)和全氟辛酸(PFOA)污染.本研究通过周期换向电絮凝法对模拟废水中的PFOS和PFOA污染进行高效处理,并对处理条件和吸附机理进行深入探讨.鉴于其去除效果会受到不同因素的影响,为明确最优参数,本研究着眼于以下影响因素:电极材料、电流密度、pH值、电解质的浓度与种类、极板间距、换相时间、转速、污染物的初始浓度等,同时采用控制变量法研究不同条件下溶液中PFOS和PFOA的去除率.由实验结果可知,在使用Al-Zn电极、添加0.035 mol·L~(-1)的NaCl、电流密度调整为25 mA·cm~(-2)、初始pH值控制在7左右、电极间距为2 cm、换向时间为10 s、转速为600 r·min~(-1)的条件下,PFOS和PFOA的去除效果最佳.     

阴阳极成对耦合紫外光辅助电催化降解毒死蜱

以空气扩散阴极、纯铂阳极和紫外灯构建了阴阳极成对耦合紫外光辅助电催化的体系,并系统地研究了电流密度、阳极SO42-浓度以及毒死蜱初始浓度对毒死蜱降解效果的影响.结果表明,当阴极/阳极的电流密度为45/450 mA·cm^-2,阳极SO42-浓度为1.0 mol·L^-1,毒死蜱初始浓度为25 mg·L^-1时,反应60 min后毒死蜱降解率可达99%.对阴极产物的红外分析结果表明,毒死蜱降解后结构中的吡啶环和PS被破坏,产生亚硝氮和正磷酸盐,毒性得到减弱.通过对比阴阳极成对耦合紫外光复合体系与阴极耦合紫外光复合体系、阳极耦合紫外光复合体系的电流效率,发现阴阳极成对耦合紫外光复合体系的电流效率是阴极耦合紫外光复合体系的2倍,是阳极耦合紫外光复合体系的4倍.     

在流动式电解槽中氨氮废水的间接电氧化

研究了氨氮废水在流动式电解槽中的间接电化学氧化,讨论了氯离子浓度、电解液流速、氨氮初始浓度对氨氮去除的影响结果表明,氯离子浓度和电解液流速对氨氮的去除速率有很大的影响当电流密度为50mA·cm-2、流速为50ml·min-1时,氨氮去除速率常数为389×10-5g·l-1·m-1·s-1,去除1kg氨的氮能耗为557kWh     

电化学氧化法去除电解锰渣中的氨氮

电解锰渣中含有大量的氨氮严重破坏生态环境.实验采用化学氧化法去除电解锰渣中的氨氮.通过X射线衍射(XRD)、X射线荧光分析(XRF)以及可见分光光度计等检测方法,分析了电解锰渣处理前后的结构和成分,研究了电化学氧化法处理锰渣中氨氮的工艺条件.结果表明,存在于电解锰渣中含量较高的锰离子优先在极板上发生氧化反应,生成的二氧化锰对氨氮的氧化具有抑制作用.通过碳酸钠固化锰离子后,在氯离子浓度为200 mg·L~(-1)、电压为20 V、pH值为7的实验条件下,电解锰渣中起始浓度为203.06 mol·L~(-1)的氨氮在180 min内完全去除.     

Al/H_2O_2体系氧化降解甲基橙

考察了Al/H_2O_2体系对甲基橙(MO)的氧化降解行为,探讨了Al粉、H_2O_2投加量、溶液初始pH以及共存阴离子等因素对MO降解的影响,并利用荧光光谱法通过证实·OH自由基的形成对降解机理进行了初步探讨.结果表明,Al/H_2O_2体系对MO的降解受溶液pH影响较大,在初始pH 3.0,铝粉投加量为4.8 g·L~(-1),H_2O_2投加量为7.2 mmol·L~(-1),对于含MO 20 mg·L~(-1)的染料废水,10 h MO降解率可达95.2%,而当初始pH3.5时,MO的降解被强烈抑制.无机阴离子(Cl~-、SO_4~(2-)、NO_3~-)单独存在时,对Al/H_2O_2体系降解MO影响较小,MO降解率仍可达90.0%以上.无机阴离子(Cl~-、SO_4~(2-)、NO_3~-)共同存在时,对Al/H_2O_2体系降解MO具有叠加效应,MO降解率仅达60.0%左右.Al/H_2O_2体系重复利用性能良好,对MO降解经7个周期后,降解率仍可达92.0%.降解机理研究表明,Al/H_2O_2体系氧化降解MO过程中,·OH发挥了主要作用.     

Fenton氧化处理垃圾膜滤浓缩液

本文以混凝预处理后的上海老港垃圾填埋场渗滤液纳滤浓缩液为研究对象,采用混凝预处理、Fenton氧化法和生化法相结合的工艺对其进行处理,将其出水COD从2930 mg·L~(-1)降至100 mg·L~(-1)以下.采用响应曲面法研究了Fenton氧化法处理经过混凝预处理纳滤浓缩液过程中,各个影响因素之间的相互作用关系,并确定了最佳实验条件,即FeSO_4·7H_2O投加量为62.5 mmol·L~(-1)、H_2O_2投加量为121.8 mmol·L~(-1)、初始pH 3.0.在此条件下,Fenton氧化法可使混凝预处理出水的COD降低39.0%.进一步研究表明,Fenton氧化后纳滤浓缩液中芳香环类污染物减少、腐殖化程度降低.经过3 h的Fenton氧化法处理后,BOD5/COD从纳滤浓缩液原液的0.02上升到0.29.将垃圾渗滤液纳滤浓缩液Fenton氧化法处理后出水与垃圾填埋场渗滤液的纳滤出水1∶1混合,进行序批式活性反应器(SBR)处理,在水力停留时间为2 d时,出水COD可降低至96.0 mg·L~(-1).     

树枝状微纳米银催化剂对甲醛的电化学检测

在Ag(NH3)2+溶液中,在钛基体上电沉积出具有新颖树枝状结构的微纳米银材料,探讨了K+或Ca2+的存在对这种树枝状微纳米银材料的影响.结果表明,在Ca2+存在下形成了尺寸更小的树枝状银(Ag/Ca2+/Ti),研究了这种钛基树枝状微纳米银电极(Ag/Ca2+/Ti)在碱性溶液中对甲醛氧化的电催化活性.循环伏安结果表明,在0.1 mol.L-1NaOH溶液中,甲醛氧化的起始电位为-0.83 V,阳极氧化电流密度随甲醛浓度的增大而明显增加;-0.5 V时的恒电位阶跃研究表明,甲醛浓度和它的稳态氧化电流密度呈现良好的线性关系,甲醛检测灵敏度为1.25 mA.cm-2(mmol.L-1)-1,检测下限18.9μmol.L-1,且乙醛、乙醇和正丁醇的干扰较小.结果表明,电沉积制备的这种细树枝状微纳米银电极(Ag/Ca2+/Ti)对甲醛氧化具有强的电催化活性,且对甲醛检测具有高灵敏度和较好的选择性,有望作为甲醛检测的电化学传感器.     

电极生物膜自养脱氮系统中的电化学作用

设计构建三维电极生物膜反应器,成功启动后稳定运行,在全自养条件下能较好地处理低碳氮比含氮废水.结果表明,在进水不含有机碳源,电流强度为30 mA,电流密度为0.012 mA·cm-2,运行周期24 h的实验条件下,反应器处理进水氨氮浓度为30 mg·L-1的废水时,氨氮转化率达到了90.3%,总氮去除率为70.0%;处理进水硝态氮浓度为30 mg·L-1的废水时,硝态氮去除率达到了82.7%.在考察电极生物膜反应器脱氮性能的同时,探讨系统中纯电化学作用的脱氮能力.结果显示电极生物膜处理氨氮废水的系统中,纯电化学脱氮作用为系统总脱氮能力的10%左右;而处理硝态氮废水的电极生物膜系统中,无电化学还原去除NO-3-N作用.     

阳极微生物还原氧化石墨烯促进微生物燃料电池在米粉废水中的能量回收

米粉废水是一种含有高浓度有机质的工农业产物.本文以氧化石墨烯(GO)修饰石墨刷作为微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)阳极实现米粉废水的产电以及能量回收.当米粉废水的COD浓度为1200 mg·L~(-1)时,MFC的最大功率密度可达1273.89 m W·m~(-2),此时从废水中回收的能量高达0.97 k Wh·kg~(-1)-COD,其远高于目前文献报道值,例如,MFC体系下市政废水中回收的能量仅为0.18 k Wh·kg~(-1)-COD.利用扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)和激光共聚焦(confocal laser scanning microscopy,CLSM)观测电极表面形貌,傅里叶变换红外光谱仪(fourier transform infrared,FTIR)以及拉曼光谱(raman)测定阳极电极的化学结构,循环伏安曲线(cyclic voltammetry,CV)以及电化学阻抗图谱(electrochemical impedance spectra,EIS)测定反映电极电化学性能,结果表明:阳极表面GO负载量随GO修饰浓度的增加而增加;当混合产电菌驯化6个月后,石墨刷表面GO被还原为r GO;与以空白石墨刷为阳极构建的MFC相比,GO修饰石墨刷构建的MFC具有更好的电容特性且传质电阻更低,从而可回收更高的能量.     

整流电絮凝技术对缺氧地下水中As(Ⅲ)的原位修复

地下水中砷污染的原位修复治理对人类社会的可持续发展具有重要意义.本文研发了一种新型整流电絮凝反应体系,可实现对缺氧地下水As(Ⅲ)的原位修复.实验结果表明,最优操作条件为:电流密度为4.4 m A·cm~(-2),铁棒和MMO的阳极工作时间比值(TFe-anode/TMMO-anode)为1∶2,反应周期为24 s.在最优条件下,含有500μg·L~(-1)As(Ⅲ)的模拟地下水经过30 min电絮凝处理后砷的固定脱除效率达92%,总能耗为0.11 kW·hm~(-3).此外,水体中的HCO_3~-和PO_4~(3-)等无机阴离子对砷的固定具有抑制作用.在该反应体系内,电解生成的Fe(Ⅱ)与O2之间的氧化反应生成具有强氧化性的Fe(Ⅳ)可有效将As(Ⅲ)氧化成毒性较小且更易于固定脱除的As(Ⅴ),进而显著促进了砷在Fe(Ⅲ)絮凝沉淀作用下的固定脱除.