聚噻吩改性阴极强化电极生物膜反应器去除硝酸盐机制研究

为进一步提高电极生物膜反应器的脱氮效能,采用导电聚合物聚噻吩(PTh)和电子穿梭体蒽醌-2,6-二磺酸二钠(AQDS)改性阴极材料石墨毡,系统研究了不同碳氮比(C/N)条件下,改性电极的应用对BER体系的脱氮效能、电极表面生物相和体系微生物群落结构等方面的影响.结果表明,应用PTh与AQDS协同处理石墨毡的BER体系的NO~-_3-N去除速率和效能均明显优于未处理电极体系,在HRT=4 h、C/N为2.0时NO~-_3-N的去除率达到90.0%以上.PTh/AQDS改性石墨毡电极的生物膜与电极的比重为0.26±0.04,其值为对照组的2.4倍,证明了PTh/AQDS改性后电极具有更优的生物相容性.应用PTh/AQDS改性电极的BER具有更好的微生物丰富度和多样性,AQDS促进了特定微生物Thauera_mechernichensis(24.6%)的富集和亚硝酸盐还原酶的活性,保障了BER体系的反硝化效能.     

复合负载型γ-Al2O3-Bi-(Sn/Sb)粒子电极电催化降解四环素废水

以模拟废水中的四环素(TC)和TOC(总有机碳)去除率为研究指标,探讨粒子电极的不同体系对降解四环素废水的影响。同时以浸渍法优化制备不同负载型γ-Al_2O_3粒子电极,并研究了其电催化性能和降解能耗,考察浸渍法和后浸渍法制备粒子电极的优劣。结果表明:三维电解体系对TC的降解效果达到40.1%,明显优于二维体系的29.1%;不同负载型粒子电极对TC的降解效果依次为Bi>Sn/Sb>Ti>Co>Cu>Fe>Mn,其中γ-Al_2O_3-Bi粒子电极对TC和TOC的去除效果最佳,分别为63.8%、36.3%;γ-Al_2O_3-Bi和γ-Al_2O_3-Sn/Sb粒子电极的能耗分别为85.9,90.7 (kW·h)/kg,远低于二维降解体系(205.5 (kW·h)/kg);浸渍法制得的γ-Al_2O_3-Bi-(Sn/Sb)对TC的电解效率明显优于后浸渍法制得的粒子电极,其中前者为78.9%,高出后者约10百分点。     

影响电解4-硝基苯酚和苯醌生成转化的因素研究

该研究利用热分解和电镀法制备了Ti/Sb-SnO_2/α-PbO_2/β-PbO_2电极,并采用扫描电子显微镜、X-射线衍射仪、线性伏安法和循环伏安法对所制备电极进行形貌与性能表征。以4-硝基苯酚(4NP)为目标污染物,评估所制备电极的电催化氧化活性,同时考察4NP的转化及苯醌(BQ)的生成。通过阐明BQ生成机理及构建动力学模型,揭示4NP降解及BQ生成的动力学规律。在此基础上,探究不同电解质浓度、电流密度、4NP初始浓度和初始p H值对4NP去除率以及苯醌生成的影响。结果表明,4NP的降解与BQ的生成与操作参数密切相关。在较高浓度支持电解质(50 mmol/L)、低电流密度(5 m A/cm~2)、高4NP初始浓度(75μmol/L)和酸性pH(pH=5)条件下,BQ的生成浓度相对较高。总体而言,所制备的阳极材料具有较好的电催化氧化性能,可有效降解4NP及其中间产物BQ。     

检测水中有机磷农药的酶传感器

采用丝网印刷技术制作厚膜型电极,通过交联法将乙酰胆碱酯酶固定在电极上,开发快速检测水中有机磷农药的酶传感器.采用循环伏安法对电极所做的检测结果表明电极彼此间的差异在10%以内,具有较好的一致性.通过在交联剂、酶和底物等方面优化传感器的工作参数,确定了戊二醛、酶和底物的浓度分别为0.2%、0.5 mg/mL和10 mmol/L时,传感器响应最好.在交联固定酶的情况下,根据酶活受到有机磷抑制的原理,采用时间-电流法对特丁硫磷和对硫磷进行了检测.结果表明:这2种有机磷的检测限都可以达到1 ng/mL,线性区间1～10 000ng/mL.在物理吸附固定酶的情况下,采用循环伏安法对特丁硫磷进行了检测.结果表明:采用循环伏安法检测的灵敏度比采用时间-电流法的灵敏度要高.     

电极构型对空气阴极生物燃料电池发电性能的影响

在空气阴极生物燃料电池(ACMFC)中,从阴极扩散进入阳极的氧气能够被兼性微生物作为电子受体还原,进而导致电子损失严重.本研究利用葡萄糖作底物,对2种不同电极构型的空气阴极生物燃料电池ACMFC1和ACMFC2的功率输出和电子回收进行了比较研究.结果表明,ACMFC1的内阻为302.14Ω,阳极电位为-323mV,最大功率密度为3 070 mW/m³;ACMFC2的内阻为107.79Ω,阳极电位为-442mV,最大功率密度达到9 800 mW/m³.在间歇条件下,ACMFC2可以连续运行220h,电子回收率为30.1%;而ACMFC1只能运行不到50h,电子回收率为9.78%.因此,合理的设计空气阴极生物燃料电池电极构型可以减小内阻,增大电池电动势进而增大功率输出,提高电子回收率.     

自动进样系统结合电化学法检测河水中总铁

基于自动进样技术结合纳米金(AuNPs)-全氟磺酸(Nafion)修饰电极研制了一种新型的检测系统.通过对检测系统不同条件的优化,如修饰电极的材料、富集时间等条件;在最优条件下,该仪器对于Fe(Ⅲ)的检出限为4.5 nmol·L~(-1),线性范围为25 nmol·L~(-1)—1μmol·L~(-1),最终实现了对河水中总铁含量的检测.将此检测系统与ICP-AES相比较,检测结果基本一致.该仪器具有方便快捷、检测成本低等优点,在实时检测中具有广泛的应用前景.     

电化学氧化耦合铁感应电极激发过硫酸盐氧化处理焦化废水生化出水

采用电化学氧化(EC)耦合铁(IP)感应电极激发过硫酸盐(KPS)氧化处理焦化废水生化出水,在反应器阴、阳极之间等距离嵌入铁板构建电化学双电解反应体系.该体系中,铁板作为感应电极,充当阳极材料的同时兼具有阴极材料的作用,加快过硫酸盐的活化.在电化学氧化耦合铁感应电极激发过硫酸盐(EC/IP/KPS)试验中,分别将电解时间(0—50 min)、电流密度(0—60 mA·cm~(-2))和过硫酸钾(KPS)投加量(0—5 mmol·L~(-1))作为控制条件,探讨了在不同的影响条件下该电化学反应体系对水中COD、TOC及UV_(254)等有机物污染指标的降解程度.在此基础上,利用SEM、EDS、XRD和XPS等对EC/IP/KPS过程中产生的絮凝物进行了表征,进而推断EC/IP/KPS系统的反应机理.结果表明,在EC/IP/KPS系统中的耦合作用下,当电解时间为30 min、电流密度为30 mA·cm~(-2)、过硫酸钾浓度为2 mmol·L~(-1)时,COD去除率可达77.0%、TOC去除率为54.0%,UV_(254)值明显降低.此外,还对3种不同的实验过程进行了对比,发现EC/IP/KPS系统的处理效果要明显优于KPS和EC/IP处理体系.     

废水中甲基橙的电化学降解

以FTO导电玻璃作为阳极、石墨电极作为阴极电解模拟甲基橙废水,优化了工艺条件,并对甲基橙的降解机理进行了初步探究。实验结果表明,在NaCl投加量5 g/L、电压8 V、废水pH 6、初始甲基橙质量浓度6.0 mg/L的优化条件下电解30 min,废水的脱色率达91.3%,COD降低了62%。机理研究结果表明,电解产生的羟基自由基与甲基橙发生氧化还原反应,破坏了甲基橙的显色基团,使其内部某些化学键发生断裂,从而达到脱色的目的。     

三维电极电Fenton氧化法处理染料废水

采用三维电极电Fenton氧化法处理实际染料废水,探究了染料废水处理效果的影响因素。实验结果表明：以钌铱镀层钛电极为阳极、不锈钢板为阴极、粉末活性炭为颗粒电极,在粉末活性炭投加量为2.0 g/L、电流密度为0.5 mA/mm²、极板间距为3 cm、pH为2.0、硫酸亚铁投加量为0.50 g/L的最优工艺条件下,反应2 h后COD、TOC、氨氮、色度的去除率达到最大,分别为62.80%、41.15%、42.48%和95.00%;粉末活性炭作为颗粒电极可使染料废水COD去除率提高18个百分点;重复使用10次的处理效果与第2次基本持平。     

软锰矿粒子电极的制备及其对SMP的催化降解

针对二氧化锰对废水中氯离子电解生成活性氯具有较好催化活性的特点,以软锰矿为原料制备一种新型粒子电极,将其用于三维电极系统处理油气田高含氯废水,利用活性氯的强氧化性进一步强化废水中难降解有机物SMP的处理;并考察软锰矿粒子电极制备条件对电极性能和电解效果的影响。结果表明:软锰矿与石墨质量比6∶4、PTFE分散液加入量10%、330°C下灼烧2 h为软锰矿粒子电极最优制备条件;与常规活性炭粒子电极相比,软锰矿粒子电极电解活性氯的产生量、COD去除率均显著优于活性炭粒子电极;且软锰矿粒子电极在重复使用多次后,活性组分流失量较小,对SMP的降解效率仍较高,保持了稳定的电催化性能。