氧化物修饰电极降解有机污染物的电催化特性

采用高温热解氧化沉积法将金属氧化物SnO₂, RuO₂, Cr₂O₃, PdO修饰到钛基体表面,制备得到4种金属氧化物修饰电极.比较4种电极氧化降解苯、苯甲酸、苯酚、苯胺、硝基苯以及甲基橙染料6种有机污染物的氧化电流效率,结果表明,电极在各种介质中的析氧电位和氧化反应传递系数(β值)是衡量电极能否有效处理有机污染物废水的两个重要指标,其中SnO₂电极的析氧电位最高,PbO电极的b值最大,SnO₂电极的β 值次之.这为研制和筛选高效催化电极提供了理论依据.     

纳米铂微粒电极催化氧化有机污染物的研究

采用电化学阴极还原-阳极氧化方法制备了纳米铂微粒电极.电极表面的微观结构表征表明,铂微粒在三维网状的氧化钛膜孔道中呈均匀、高度分散状态,且粒径细小,铂微粒充分裸露,使得纳米铂微粒电极活性点多,电催化性能高.采用循环伏安法研究了铂微粒电极对有机小分子代表性物质甲醇的电催化氧化行为.结果表明,在酸性、中性和碱性介质中纳米铂微粒电极对甲醇的电催化氧化性能均明显优于光滑铂片电极,甲醇在纳米铂微粒电极上产生的氧化电流密度比光滑铂片电极高100倍以上.2种铂电极催化氧化降解甲醇、苯酚和甲基橙3种有机物时,纳米铂微粒电极的平均氧化电流效率是光滑铂片电极的数倍,这进一步表明纳米铂微粒电极对有机污染物具有良好的催化氧化降解能力.     

苯酚在金刚石膜电极上的电化学氧化降解过程

采用循环伏安法、交流阻抗法、恒电位计时电流法,并结合高效液相色谱方法,研究了苯酚在金刚石膜电极上的电化学氧化降解过程.结果表明,苯酚在电化学氧化降解中经历了苯二酚、苯醌的形成和进一步被氧化的过程,苯二酚在反应过程中的积累很少,迅速氧化为苯醌,而醌类中间产物则较难进一步氧化,在反应过程中积累的浓度较高.苯酚在金刚石膜电极上有不同的电化学氧化反应途径,在低于金刚石膜电极析氧电位下,发生单纯直接电化学氧化过程;在高于金刚石膜电极析氧电位下,间接电化学氧化和直接电化学氧化将同时发生作用.     

Sb-SnO2/Ti纳米涂层电极对对硝基苯酚的电催化氧化

采用改进的热氧化工艺制备了不同掺锑量二氧化锡纳米涂层电极,对电极结构和形貌进行表征,进行了电化学性能测试,并进一步考察了不同掺锑量二氧化锡纳米涂层电极对对硝基苯酚电催化氧化降解行为。研究结果表明:不同掺锑量二氧化锡纳米涂层电极析氧电位均在1.70V(vs.SCE)以上,当掺锑量WSb/(WSn+WSb)为6.450wt%时,电极的电催化氧化性能最好,对硝基苯酚的电催化氧化反应属于电化学燃烧过程。     

高析氧电位阳极处理有机废水的研究

生物难降解有机废水是水处理中的难题之一。电催化氧化技术作为目前处理有机废水方面比较成熟的工艺,其阳极材料是该过程的核心。综述了几种目前应用的电催化氧化阳极材料,并通过对金属氧化物阳极析氧机理的研究得出影响阳极析氧电位的因素。最后,对今后电催化阳极材料的研究方向做了展望,以期获得更好的有机废水处理效果。     

阴阳极协同作用降解有机污染物的研究进展

电化学法催化降解有机污染物已引起广泛兴趣。在电极的作用下,电化学反应和化学催化作用结合,可导致有机分子的电催化降解。选用合适的阳极和阴极材料可以加速电化学反应速率,有助于有机物的电化学转化。本文介绍了阳极和阴极氧化有机物的原理,综述了近年来阴阳两极协同作用降解有机物的进展。     

碳纳米管修饰电极对焦化废水的降解性能研究

文章制备了多壁碳纳米管修饰电极(MWCNT-ME)并考察了其对焦化废水中难降解有机物的电催化性能.对MWCNTME的表面形貌、有机污染物吸附性能及苯胺和苯酚单项污染物电化学特性进行初步表征分析,在此基础上结合气质联用(GC/MS)检测和COD检测分析对比了MWCNT-ME与IrSnSb金属电极对焦化废水中难降解有机污染...     

改性Ti/SnO2-Sb电极催化降解1,4-二氯苯废水试验研究

采用聚合物前驱体法制备了未掺杂、掺杂Cu、掺杂Bi、掺杂Ni的4种Ti/Sn O2-Sb电极,运用SEM和XRD分析电极表面形貌及结构,通过线性极化扫描、循环伏安等测试考察其电化学性能,同时进行1,4二氯苯(p-DCB)降解实验进一步探究电极的电催化氧化特性.SEM和XRD结果表明,掺杂金属可改善电极表面形貌,增大其比表面积;电化学测试表明,Ti/Sn O2-Sb电极的析氧电位并未因金属掺杂而有明显改变,掺杂金属后,Ti/Sn O2-Sb电极具有更优的电催化活性和稳定性.p-DCB降解实验表明,改性Ti/Sn O2-Sb电极对p-DCB的降解效率明显提高,其中Ti/Sn O2-Sb-Cu电极的电催化处理效果最优,电解2 h后p-DCB的去除率即达到87.6%,且p-DCB的降解反应遵循一级反应动力学规律.     

光电催化氧化处理高含氯采油废水的研究

以高压汞灯为光源,考察了在光催化、电氧化、光电催化及光电催化/H₂O₂体系中降解实际油田采油废水的效率.研究了实际高含氯采油废水在TiO₂悬浮态光电催化反应器中的降解动力学.结果表明,在相同的槽电压和反应时间下,光电催化体系降解有机污染物的效率均高于电化学氧化和光催化,而且在电氧化和光电催化氧化体系中均检测到有一定量的活性氯产生,从而可以提高有机污染物的降解效率.光电催化/H₂O₂体系中由于在紫外光的照射下H₂O₂分解为大量的·OH从而使得降解效率在短时间内大大提高.同时详细研究了采油废水的初始ρ(COD_Cr),槽电压和溶液pH等对光电催化降解的影响.      

光助电催化降解偶氮染料酸性橙II的降解过程研究

使用自制的具有电催化活性和光催化活性TiO2改性的β-PbO2电极,研究了光助电催化氧化过程、电催化氧化过程和光催化氧化过程对于偶氮染料酸性橙Ⅱ的降解.用紫外可见光谱和高效液相色谱分析了3种降解过程中不同的降解行为,对降解产物进行了FTIR和GC-MS分析.结果表明,单独电催化过程不同于其它2种过程,出现了醌类物质的大量累积;而在光助电催化氧化过程中,光催化氧化过程大大抑制了电催化氧化过程中累积的高毒性醌类物质.在2 h内,光助电催化氧化过程是其它2种过程TOC去除率的1.56倍,产生了明显的协同作用.3种降解过程遵循相同的降解历程,都经历了产生醌类物质到低分子量有机酸的步骤.     

CuO-CeO2/γ-Al2O3粒子电极对垃圾渗滤液降解特性

研制了负载型CuO-CeO2/γ-Al2O3粒子电极,并与活性炭颗粒混合填充于主阴阳极之间,实现三维电催化氧化反应,采用XRD、SEM对粒子电极进行表征.结果表明, CuO-CeO2/γ-Al2O3粒子电极对垃圾渗滤液显示了良好的电催化活性和稳定性,在pH为7.0、槽电压10V、空气流速0.04m3·h-1反应条件下,150min后, COD、氨氮去除率达到87.8%、45.4%,去除效果较传统二维平板、三维复极性电解槽更高,经20次反复使用后仍具有一定催化活性.研究了电-多相催化氧化体系对垃圾渗滤液降解的动力学规律,表明渗滤液降解符合准一级反应动力学规律;并在此条件下,体系以直接氧化占优.     

Degradation kinetics and mechanism of aniline by heat-assisted persulfate oxidation

Oxidation of aniline by persulfate in aqueous solutions was investigated and the reaction kinetic rates under different temperature, persulfate concentration and pH conditions were examined in batch experiments. The results showed that, the aniline degradation followed pseudo first-order reaction model. Aniline degradation rate increased with increasing temperature or persulfate concentration. In the pH range of 3 to 11, a low aniline degradation rate was obtained at strong acid system (pH 3), while a high degradation rate was achieved at strong alkalinity (pH 11). Maximum aniline degradation occurred at pH 7 when the solution was in a weak level of acid and alkalinity (pH 5, 7 and 9). Produced intermediates during the oxidation process were identified using liquid chromatography-mass spectrometry technology. And nitrobenzene, 4-4’-diaminodiphenyl and 1-hydroxy-1,2-diphenylhydrazine have been identified as the major intermediates of aniline oxidation by persulfate and the degradation mechanism of aniline was also tentatively proposed.     

Ru(III) catalyzed permanganate oxidation of aniline at environmentally relevant pH

Ru（Ⅲ） was employed as catalyst for aniline oxidation by permanganate at environmentally relevant pH for the first time. Ru（Ⅲ） could significantly improve the oxidation rate of aniline by 5-24 times with its concentration increasing from 2.5 to 15 μmol/L. The reaction of Ru（Ⅲ） catalyzed permanganate oxidation of aniline was first-order with respect to aniline, permanganate and Ru（Ⅲ）, respectively. Thus the oxidation kinetics can be described by a third-order rate law. Aniline degradation by Ru（Ⅲ） catalyzed permanganate oxidation was markedly influenced by pH, and the second-order rate constant （ktapp） decreased from 643.20 to 2.67 （mol/L）^-1 sec^-1 with increasing pH from 4.0 to 9.0, which was possibly due to the decrease of permanganate oxidation potential with increasing pH. In both the uncatalytic and catalytic permanganate oxidation, six byproducts of aniline were identified in UPLC-MS/MS analysis. Ru（Ⅲ）, as an electron shuttle, was oxidized by permanganate to Ru（Ⅵ） and Ru（Ⅶ）, which acted the co-oxidants for decomposition of aniline. Although Ru（Ⅲ） could catalyze permanganate oxidation of aniline effectively, dosing homogeneous Ru（Ⅲ） into water would lead to a second pollution. Therefore, efforts would be made to investigate the catalytic performance of supported Ru（Ⅲ） toward permanganate oxidation in our future study.     

光电催化降解苯胺的研究——单槽与双槽光反应器对比

以直接热氧化制备的TiO2为催化剂，采用单双槽光反应器，研究了水中苯胺的光电催化降解行为，结果表明：氧的还原反应不是光电催化反应的速率控制步骤，但氧的还原和还原产物能加快苯胺的光电催化降解速率，单槽光电反应器中，当pH由4．38升至10．30，苯胺降解反应速率是逐渐增大。当pH大于10．30后，反应速率迅速下降，使用双槽反应器，阳极室鼓氮气时，苯胺的反应速率始终随pH的升高而下降，而不阳极室鼓空气时，苯胺反应速率在pH9.0左右时最大，在相同的气氛条件下，苯胺在单槽的光电催化反应速率大于双槽的速率，利用光电流的大小可判断反应速率的快慢，但光电流的利用效率与溶液pH，氧和电压有关。     

石墨烯三维电极-电Fenton系统降解甲基橙

将三维电极和电Fenton系统结合电催化氧化降解甲基橙废水.制备了Fe₃O₄负载的氧化石墨烯粒子电极GO@Fe₃O₄（GF）和球形凝胶结构SA/GO@Fe₃O₄（SGF）粒子电极,对两种粒子电极进行了表征,探讨了三维电极-电Fenton（3D-EF）系统电催化氧化性能的影响因素,并进行了反应动力学分析,结合Box-Benhnken中心复合响应面设计建立响应面二次多元回归方程模型;采用紫外可见光谱和GC-MS技术研究甲基橙降解过程.结果表明,SGF粒子电极表面形成三维网络状褶皱结构.在初始pH=5,粒子电极投加量3.0g/L,反应时间90min,电流密度30mA/cm²,外加电压7V的反应条件下,SGF粒子电极体系的甲基橙色度和COD去除率分别是98.8%和87.5%,均高于GF粒子电极体系的甲基橙色度去除率87.2%和COD去除率71.2%.响应面模型预测的反应条件和甲基橙色度去除率和实验结果吻合.推测甲基橙降解过程分为3个阶段：断键氧化过程、开环过程和完全氧化过程.     

石墨烯三维电极-电Fenton系统降解甲基橙

将三维电极和电Fenton系统结合电催化氧化降解甲基橙废水.制备了Fe₃O₄负载的氧化石墨烯粒子电极GO@Fe₃O₄（GF）和球形凝胶结构SA/GO@Fe₃O₄（SGF）粒子电极,对两种粒子电极进行了表征,探讨了三维电极-电Fenton（3D-EF）系统电催化氧化性能的影响因素,并进行了反应动力学分析,结合Box-Benhnken中心复合响应面设计建立响应面二次多元回归方程模型;采用紫外可见光谱和GC-MS技术研究甲基橙降解过程.结果表明,SGF粒子电极表面形成三维网络状褶皱结构.在初始pH=5,粒子电极投加量3.0g/L,反应时间90min,电流密度30mA/cm²,外加电压7V的反应条件下,SGF粒子电极体系的甲基橙色度和COD去除率分别是98.8%和87.5%,均高于GF粒子电极体系的甲基橙色度去除率87.2%和COD去除率71.2%.响应面模型预测的反应条件和甲基橙色度去除率和实验结果吻合.推测甲基橙降解过程分为3个阶段：断键氧化过程、开环过程和完全氧化过程.     

三维电解法处理苯酚废水的粒子电极研究

用浸渍法制备了分别以Cu、Zn、Ni、Ce、Fe、Co、Mn、Sn等为单组分以及Mn和Sn为双组分氧化物、以γ-Al₂O₃为载体的负载型电催化剂, 并填充于阴阳极间以构成三维电极电催化降解苯酚模拟废水.结果表明, 所选用的几种粒子电极都显示了一定的催化活性, 可不同程度地提高苯酚的去除效率, 其中Mn、Sn单组分和双组分氧化物对苯酚降解具有较高的催化活性, 且Mn与Sn物质的量比为2时双组分金属氧化物的催化活性最高. 在0.25 A的电流下处理150 min, 可使目标有机物的去除率达90.8%, TOC去除率也达到80.7%. 加入·OH清除剂叔丁醇的研究表明, 本体系中苯酚的电催化氧化是由直接氧化和间接氧化的协同作用共同去除.     

Ni掺杂Sb-SnO2瓷环粒子电极电催化氧化磺胺嘧啶

为发展废水中抗生素的处理技术、保护水环境安全,采用浸渍法制备Ni掺杂Sb-SnO₂微孔陶瓷环粒子电极,研究了电极对磺胺嘧啶(SDZ)的电催化氧化能力和动力学特征,初步分析了SDZ的降解途径.结果表明,粒子电极表面负载Ni和Sb-SnO₂晶体,有利于电子传递和吸附SDZ,提高了电催化氧化效率;在NaCl浓度为0.02 mol·L^-1、初始pH为8、电流密度为15 mA·cm^-2、粒子电极投加量为15 g时处理15 min, 50 mg·L^-1的SDZ能够被完全去除;处理3 h时,反应液TOC去除率达到80.8%,比二维电极高17.6%;电催化氧化SDZ的动力学过程符合一级反应动力学模型,去除速率常数为0.329 min^-1.采用液相色谱-串联质谱分析法(LC-MS/MS)鉴定SDZ的降解产物,电催化降解SDZ可能包括磺酰胺基S—N键和嘧啶环上C—N键断裂、脱磺酸基、脱氨基和·OH氧化等途径.