电化学催化降解水中有机污染物的研究进展

电化学法催化降解废水中的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。选用合适的电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。本文讨论了提高电催化降解速率的方法 ,指出了在该领域的研究中存在的问题和发展方向     

有毒难降解有机物高级氧化电催化电极

在电催化电极的作用下，电化学反应和化学催化作用结合，导致有机分子的电催化降解。在分析中，综述了电催化高级氧化电极研究现状，阐述与评价了过渡金属涂层电极、金属氧化物涂层电极、含掺杂半导体涂层电极、金刚石膜电极、三维电极等几个主要方面的研究成果，并对今后工作的重点提出了一些意见。     

有毒难降解有机物高级氧化电催化电极

在电催化电极的作用下 ,电化学反应和化学催化作用结合 ,导致有机分子的电催化降解。在分析中 ,综述了电催化高级氧化电极研究现状 ,阐述与评价了过渡金属涂层电极、金属氧化物涂层电极、含掺杂半导体涂层电极、金刚石膜电极、三维电极等几个主要方面的研究成果 ,并对今后工作的重点提出了一些意见。     

PbO2电极的改性及其在难降解有机废水电化学处理中的应用

电化学方法处理难降解有机废水是一种很有前途的技术,其应用的关键是开发出高效、稳定、低成本的电极材料.PbO2电极在工业领域具有广泛的应用基础,具有较高的析氧电势和电催化活性,被认为在电化学处理难降解有机废水方面有重要的应用前景.本文对PbO2电极制备方法与改性以及在难降解有机废水电化学处理中应用的研究成果和最新进展进行了综述,并对该研究领域今后的发展趋势进行了分析.     

PbO2电极的改性及其在难降解有机废水电化学处理中的应用

电化学方法处理难降解有机废水是一种很有前途的技术,其应用的关键是开发出高效、稳定、低成本的电极材料.PbO2电极在工业领域具有广泛的应用基础,具有较高的析氧电势和电催化活性,被认为在电化学处理难降解有机废水方面有重要的应用前景.本文对PbO2电极制备方法与改性以及在难降解有机废水电化学处理中应用的研究成果和最新进展进行了综述,并对该研究领域今后的发展趋势进行了分析.     

低分子有机酸对染料废水电催化氧化的影响

研究了二维模式下,形稳性阳极(dimension stable anode,DSA)作为电极材料处理以不同比例混合的酸性大红3R(Acid Red 3R,3R)与草酸(oxalic acid,OA)模拟废水。通过COD、TOC的测定和紫外-可见光谱分析等手段及电化学性能测试可以得出,草酸在电催化降解时所需要的电流密度为10 m A/cm2,明显低于3R电解时所需的电流密度25 m A/cm2。在电催化降解混合模拟染料废水时,电解可以有效破坏发色基团,易降解的有机组分OA优先被氧化,同时会提高难降解有机组分3R的去除效率。此外,废水的p H的不同能导致电催化机理的差异。在p H较低时,阴极的析氢反应占主导地位,使p H升高,而p H较高时,阳极的析氯反应产生Cl2,其水解产生H3O+,同时有机组分被氧化成有机酸,使p H降低。     

电催化氧化处理三唑类杀菌剂模拟废水

以三环唑和丙环唑为特征污染物,研究了TiO2-NTs/SnO2-Sb/PbO2电极电催化氧化处理模拟废水中三唑类杀菌剂的机理。实验结果表明,电催化氧化对废水中三唑类杀菌剂的降解符合一级动力学关系,且降解速率为:丙环唑>三环唑。利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)和离子色谱仪(IC)对电催化氧化降解三环唑和丙环唑溶液产生的中间产物和最终产生的有机酸和无机离子进行检测分析,推断出废水中三唑类杀菌剂电催化氧化的降解路径。通过斑马鱼实验得出电催化氧化对废水中三环唑急性毒性的削减幅度较大,对丙环唑的削减幅度较小。     

对氯苯酚废水的电化学降解研究

实验利用电沉积法制备的不锈钢基PbO2电极,以对氯苯酚溶液为模型废水,通过静态实验研究外加电压、电解质浓度、曝气量及初始pH值对电化学氧化降解对氯苯酚效果的影响。结果表明,实验制备的PbO2电极具有较高的电催化活性,能够有效降解对氯苯酚;较低的操作电压有助于降低处理成本;随着电解质浓度和曝气量的增加,对氯苯酚去除率均呈...     

石墨烯复合活性碳纤维气体扩散电极对甲基橙的降解性能

采用超声-浸渍法制备石墨烯(GO)复合活性碳纤维(ACF)气体扩散电极,对其微观形貌、表面元素及表面官能团等进行表征,通过甲基橙批量降解处理实验阐述阴极双氧水产生性能与机理。结果表明,制备条件GO与聚四氟乙烯分散液(PTFE)质量比为1:4、GO浆液中无水乙醇添加量100 mL、煅烧温度360 ℃、煅烧时间10 min得到的电极性能最优,GO/ACF较ACF在45 min电催化反应甲基橙降解率提升了21.11%,双氧水最终的质量浓度提高了4.65倍,GO/ACF对甲基橙的最终降解率为100.0%,扫描电子显微镜微观形貌表征结果表明,石墨烯可均匀负载于活性碳纤维表面,X-射线光电子能谱、傅里叶变幻红外光谱仪、循环伏安及电化学阻抗测试结果表明,石墨烯复合增加了电极表面C＝O官能团含量,电极电阻减小了40.06%,有利于产生H₂O₂。对初始电压、电解质浓度影响降解因素进行了优化,使用10次后GO/ACF对甲基橙降解率仍保持在100.0%、甲基橙废水COD去除率仅下降了4.45%,表明GO/ACF具有较高循环稳定性。以上研究结果可为印染废水电催化高效脱色处理与有机污染物氧化降解提供理论依据与技术借鉴。     

吸附-电催化氧化降解气态氯苯

采用高接触面积微孔曝气的方式,以吸附性多孔导电材料活性炭纤维（ACF）为电极,吸附电催化氧化两步联动降解气态氯苯,实现了在电解质水溶液中对高浓度非水溶性气态挥发性有机废气的有效处理。正交实验和单因素分析实验结合,确立最佳实验条件并着重考虑pH值、鼓气速率、电解电压、电解质浓度等因素对去除率的影响。在最佳实验条件下,气相中氯苯去除率达到74.3%（20℃）和72.9%（10℃）     

电催化氧化法降解苯酚废水的实验研究

应用自制电化学反应器对废水中苯酚的电催化氧化处理进行了研究，实验了阳极材料、电流密度、电解时间、电极间距离、废水pH值、废水电导率等对苯酚电解去除效果的影响，确定了最佳的处理条件。在电流密度为30mA／cm^2,电解时间为80min，电极间距离为2cm，废水pH值在7～8之间，废水电导率为1100μs／cm的处理条件下，苯酚的电解处理去除率可达97％以上。利用TOC测定仪、紫外光谱和红外光谱等仪，器分析的方法对苯酚降解过程中的产物进行了分析。     

碳纳米管电极强化电催化臭氧降解西玛津

传统的电催化技术受限于阴极原位电生H₂O₂的效率,且对某些特定结构污染物的降解能力较差。为提升电极对污染物降解性能和稳定性,使用压片法制备了蒽醌修饰碳纳米管(CNT/TBAQ)电极,构建了一种基于浸没电极的电催化臭氧反应器,并鉴定了反应体系内的活性物质及对西玛津的降解性能。结果表明,当气体流量为0.2 L·min⁻¹,电流密度为7.5 mA·cm⁻²时,HO^•生成量为1.024 µmol·L⁻¹。与单独电催化和单独臭氧技术相比,电催化臭氧技术可以在6 min内完全去除初始质量浓度为5 mg·L⁻¹的西玛津。当臭氧质量浓度10 mg·L⁻¹,电流密度7.5 mA·cm⁻²时,电催化臭氧技术的矿化效率最高,120 min后TOC去除率为62.25%,相比于电催化氧化、臭氧氧化能耗分别下降了55%和31%,但电催化臭氧技术没有明显降低西玛津中间产物的毒性。经过10次循环使用后,CNT/TBAQ 阴极仍然保持对污染物的去除能力。以上结果表明,以CNT/TBAQ电极为阴极的电催化臭氧技术可以有效提高污染物降解效率,为微量污染物去除提供了一种有前景的技术。     

电解质种类对电催化氧化降解苯酚的影响

研究了不同电解质对有机物电催化氧化性能的影响。以高温热解法制备了Ti/SnO2+Sb2O3阳极,用SEM和XRD对电极结构进行了表征。以苯酚为目标有机物,考察了Na2SO4、NaCl和NaNO33种不同电解质对苯酚降解效果的影响。用循环伏安法研究了苯酚在不同支持电解质条件下的电化学行为。采用碘量法测定了在不同电解质溶液中氧化性物质的生成量。研究结果表明,电极的活性涂层主要由SnO2和微量的Sb2O3组成,均匀完整地覆盖住了Ti基体表面。以NaCl为支持电解质时苯酚降解效果明显优于用Na2SO4、NaNO3为支持电解质,并且苯酚的降解主要以电极表面电化学生成的HClO和ClO-的间接化学氧化为主。以Na2SO4为支持电解质时有利于降低和稳定槽电压。在3种电解质条件下,苯酚的降解均遵循一级反应动力学规律。在降解过程中NaCl溶液中生成的氧化性物质浓度最大,且随降解时间延长逐渐增大。     

不同咪唑基离子液体改性PbO2电极降解苯酚废水

以5种不同结构的咪唑基离子液体为电沉积溶液的添加剂,采用电沉积法制备了改性钛基PbO2电极。通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）对电极表面形貌、晶体结构进行表征。以苯酚为电催化目标降解物,对不同电极氧化去除苯酚及COD的活性进行考察比较;同时,以水杨酸为捕捉剂,通过高效液相色谱（HPLC）分析技术对不同电极体系中羟自由基（·OH）的生成量进行检测。结果表明,阳离子烷基支链长度及阴离子的改变均会对PbO2电极的表面形貌、结晶取向及电催化活性产生一定影响,且后者的影响作用较前者更为突出。[Emim]Br和[Emim]PF6改性电极的电催化活性比较相近,均明显低于[Emim]BF4改性电极。固定阴离子为BF4-,3种不同烷基支链长度离子液体对PbO2电极活性的改进效果顺序为[Bmim]BF4 > [Emim]BF4 > [Hmim]BF4。此外,不同改性电极对苯酚废水COD去除率的高低与·OH的生成量多少一致,表明苯酚的电化学氧化降解主要是由·OH间接氧化引起的。     

声电协同氧化氯酚的实验研究

采用超声波-电催化联合技术处理2-氯酚(2-CP)和4-氯酚(4-CP),探讨了电催化氧化和超声氧化的协同效应,考察了影响声电联合降解氯酚化合物的条件因数.结果表明,超声波-电催化联合技术处理效率明显优于电催化氧化技术,2-CP和4-CP的增强因子f分别为1.325和1.509.高电流密度有助于氯酚降解,2-CP和4-CP的表观反应速率常数随电流密度上升分别增加了1.28×10-5 s-1和1.82×10-5 s-1;高pH值也有利于氯酚降解,pH为9.08时,2-CP和4-CP的表观反应速率常数分别为9.22×10-5 s-1和11.02×10-5 s-1;高电解质浓度促进了2-CP的降解,而对4-CP的降解影响不大,2-CP表观反应速率常数从7.70×10-5 s-1上升到16.03×10-5 s-1.总之,超声波-电催化联合技术能够协同降解氯酚.     

新型二氧化铅电极处理有机染料废水的研究

研究了高压塑片法制备新型二氧化铅电极的工艺,通过循环伏安、X衍射和扫描电镜等手段对电极性能的考察表明,该电极不仅具有高电催化活性,还有很好的抗腐蚀性能.通过与普通石墨电极的对比实验,进一步探讨了该电极降解中性枣红染料的机制和工艺条件.结果表明,该电极在脱色和COD降解方面都有明显的优越性.在含磷酸盐和氯离子的体系中,降解效率尤为突出.     

新型二氧化铅电极处理有机染料废水的研究

研究了高压塑片法制备新型二氧化铅电极的工艺,通过循环伏安、X衍射和扫描电镜等手段对电极性能的考察表明,该电极不仅具有高电催化活性,还有很好的抗腐蚀性能.通过与普通石墨电极的对比实验,进一步探讨了该电极降解中性枣红染料的机制和工艺条件.结果表明,该电极在脱色和COD降解方面都有明显的优越性.在含磷酸盐和氯离子的体系中,降解效率尤为突出.     

生物膜电极反应器降解苯胺的研究

生物膜电极反应器是结合生物膜法和电催化技术而发展的新型废水处理技术.研究了生物膜电极上的苯胺降解,对电流强度、温度、葡萄糖协同作用等因素的影响进行了观察.结果表明,生物膜电极反应器最高的电流强度为5 mA,运行的最适温度为36 ℃.葡萄糖对苯胺的生物膜电极降解的协同作用在进水COD为2 000 mg/L后达到最大.色谱/质谱联用检测苯胺降解中间产物为4-羟基-α-氨基戊酸.生物膜电极上的苯胺降解在阴极发生,降解开环途径与常规降解途径不同.     

改性Ti4O7阳极对氯霉素的高效电氧化降解

针对传统电化学氧化中阳极是污染物催化氧化的核心,寻找一种具有高析氧电位,高反应活性面积,优良催化活性的阳极是当下亟待解决的问题。为此,选取了亚氧化钛(Ti₄O₇)电极作为基础电极且对其进行过渡金属元素掺杂改性。通过各种表征及降解性能研究发现,所制备改性电极相对于纯Ti₄O₇电极催化性能有所提高。其中,锆(zirconium, Zr)元素掺杂后使得改性电极具有更高的析氧电位和更好的电催化活性。在电流密度为30 mA·cm⁻²,初始pH为6.1,电解质为100 mmol·L⁻¹ Na₂SO₄和10 mmol·L⁻¹ NaCl的最优条件下,氯霉素的去除率为97.4%。并且该电极具有很好的抗干扰性和稳定性,在不同pH干扰下对氯霉素依然具有较高的降解率(均高于81.1%)。此外,Zr元素掺杂的Ti₄O₇改性电极对氟苯尼考和双氯芬酸钠等药物也具有很好的降解效果,降解率分别为93.4%和85.5%,本研究结果可为电化学去除污染物阳极改性研究提供参考。     

含中间层的DSA电极电催化氧化硝基苯废水的研究

为了提高难降解有机废水的可生化性,以及更高效地去除废水中的特征污染物,同时避免二次污染,利用自制的含锡锑中间层的钌钯氧化物涂层电极对有机废水中的硝基苯进行处理,并利用SEM、XRD等方法对电极中间层、表层进行微观表征。微观测试表明,基体、中间层、表层之间结合力较强,有利于增强电极寿命;水处理实验表明,电催化氧化反应体系适合高浓度有机废水的处理,由于该反应体系需要外加电解质加强传质,这在实际运用中为废水中盐度的处理提供了一种新的途径,当电流密度为20 mA/cm²、电解质浓度为10 g/L、pH=5、极板间距=2 cm时,电催化氧化体系对硝基苯具有较高的去除效率。