聚苯胺/蒽醌修饰碳毡作为阴极在电芬顿中的应用

通过电化学的方法制备了经2-蒽醌磺酸钠（AQS）和聚苯胺（PANI）修饰的碳毡（CF）电极,探究其作为阴极应用于电芬顿系统中降解有机污染物的特征和影响因素及电化学稳定性.实验结果表明：经AQS/PANI修饰后碳毡阴极的电子转移内阻显著降低,仅为未修饰碳毡电极的0.21%,电化学活性显著提高.相同实验条件下修饰后的电极产过氧化氢的量约是未修饰电极的10倍.在阴极电位为-0.5 V,pH值为2以及Fe²⁺浓度为0.1 mmol·L^-1的条件下,60 min内罗丹明B的降解率可达96.46%.而在同样的实验条件下,CF、AQS/CF和PANI/CF分别作为阴极时,电芬顿体系对于罗丹明B的降解率分别为24.57%、64.29%和72.97%,均低于AQS/PANI/CF阴极.在此基础上,进一步开展自由基的淬灭实验和EPR实验,结果表明经AQS/PANI修饰后的碳毡阴极可有效催化还原分子氧产生超氧自由基,超氧自由基进一步转化为芬顿反应过程中所需的过氧化氢.     

染色残液电化学处理碳素阴极材料性能比较

为实现染色残液的高效处理及废水回用,鉴于染色残液良好的导电性,选用电化学处理技术,以模拟活性红X-3B染色残液为研究对象,在钌铱形稳电极为阳极和合适的电解条件下,比较石墨板、石墨毡、炭毡、ACF（活性炭纤维毡）、碳纤维电极〔CFF（碳纤维布）、CFB（碳纤维刷）〕等碳素阴极材料的电化学处理效能.结果表明:碳素阴极材料可实现染色残液的完全脱色,活性红X-3B的降解过程符合一级反应动力学特征,其中CFF为阴极时COD_Cr去除率达到86.37%,一级动力学反应常数为0.010 3 min-1,是石墨毡（0.007 3 min-1）的1.4倍.相比于石墨板电极,CFB显示出优异的二电子氧还原和产H₂O₂能力,单位面积产H₂O₂的浓度为10.40 μmol/L,是石墨板（1.08 μmol/L）的9.7倍,产生的H₂O₂导致活性红X-3B的降解,30 min内实现完全脱色.循环伏安曲线表明,碳纤维电极（包括CFF和CFB）的析氧电位明显高于其他电极,可有效抑制析氧副反应,提高有机污染物降解过程中的电催化效率,有利于降低能耗.研究显示,碳纤维可作为阴极材料应用于电化学处理染色残液,具有良好的稳定性.      

酸性红B染料的阴极氧化降解机理

以Pt/C气体扩散电极为阴极,对pH=3的60mg/L酸性红B溶液进行双室电解,8V下电解80min后,酸性红B溶液在阴极室的脱色率和COD去除率分别为94.2%和66.8%,而酸性红B溶液在阳极室的脱色率和COD去除率分别为73.3%和56.6%,表明O2能在阴极室还原为H₂O₂和.OH来氧化降解酸性红B.通过红外光谱和GC-MS对酸性红B在阴极室的降解中间产物进行了分析,检测出20种中间产物,包括14种酯、3种酸和3种含—NO₂或N—OH基团的物质,给出了酸性红B染料在阴极室的可能降解路径.     

染料废水电催化氧化及降解动力学研究

以新型钛基二氧化铅电极为阳极、石墨为阴极、活性炭-纳米二氧化钛为催化粒子电极降解染料模拟废水酸性红B溶液,考察了槽电压、pH值、催化剂量等对处理效果的影响。实验结果表明:纳米二氧化钛催化剂的催化效果显著,该反应器能够有效的降解酸性红B,降解机制主要是电致H2O2、.OH对有机物的氧化、降解。同时用一级反应拟合了酸性红B溶液COD去除反应,由实验数据确定了反应动力学方程。     

碳毡阴极电还原降解氯霉素效能与机制研究

为实现氯霉素（CAP）的稳定高效去除,通过阴极材料筛选优化,构建了以碳毡为阴极的电化学还原体系.实验分别考察了阴极材料、阴极电位、pH、电解质种类和CAP初始浓度对CAP降解效果的影响.结果表明：以碳毡为阴极,电流密度为2.5 mA·cm^-2时,反应30 min后初始浓度为10 mg·L^-1的CAP去除率达到了94.9%,60 min内CAP得以完全去除;CAP中氯的脱除是其降解的重要途径,60 min内氯离子的转化率可达60.5%;碳毡阴极电位降低至-1.4 V （vs.SCE）利于还原降解过程;硝酸根的存在对CAP还原有一定的抑制作用;重复降解实验和扫描电镜（SEM）实验证明了碳毡阴极降解CAP效能的稳定性;通过电子自旋共振（ESR）自由基捕获和猝灭实验初步探讨了CAP的脱氯还原机制,发现原子H^*的生成和电子还原作用是CAP快速降解的主要机制.     

电催化降解含酚废水动力学及影响因素研究

采用填充床电化学反应器,以IrO2-Ta2O5/Ti为阳极,纯钛板为阴极,在室温条件下处理苯酚模拟废水。文章基于阶段反应理论,研究了填充床电化学系统降解苯酚废水的动力学模型,探讨了进水流速、电流密度、初始酚浓度等因素对模拟废水中苯酚和COD去除率的影响规律;在此基础上,对不同电流密度下的系统能耗进行分析。结果表明:当系统处于扩散控制阶段时,苯酚降解遵循一级反应动力学模型,在反应控制阶段属于零级反应;当起始苯酚浓度为600 mg/L(Na2SO43%),反应时间60 min,进水流速1.1 L/h,电流密度20 mA/cm2时,苯酚去除率可达99.92%,COD去除率为85.21%;随着电流密度增大,能耗提高。     

电化学方法降解酸性红B研究

研究了成对电氧化技术降解酸性红B染料废水过程.通过高效液相色谱(HPLC)对阴阳极室降解过程中的产物进行了检测,结合UV-Vis变化曲线及TOC、COD_Cr变化过程,发现阳极室脱色比较快,生成多种中间物质;阴极室中间产物很少且降解更完全.电解140min时阴极室中TOC和COD_Cr去除率分别达到71.70%和56.40%,而阳极室中去除率分别为25.15%和27.57%.实验结果表明,阴阳极室中生成氧化物质的氧化能力不同而使酸性红B在阴阳极室按不同的机理降解.     

阴极材料对模拟土壤淋洗液中六氯苯电化学降解的影响

采用自制电解装置以RuO2/Ti为阳极,分别以锌网、不锈钢板、石墨和RuO2/Ti为阴极,对模拟土壤淋洗液中的HCB进行电化学处理,系统地研究了不同阴极材料对HCB降解效果的影响.HCB去除率由高到低依次为:锌网＞不锈钢板＞石墨＞RuO2/Ti.气相色谱分析表明:采用不同阴极材料对HCB进行电解时,其脱氯程度不同.     

高盐条件下染料酸性橙7的生物降解特性

对偶氮染料废水厌氧-好氧生物处理中的高盐度抑制生物活性和芳香胺自氧化问题,通过多种强化策略,考察了NaCl为100g/L时酸性橙7(AO7)的生物降解特性.结果表明,加入葡萄糖(0.5g/L)、蛋白胨(1g/L)和酵母粉(0.5g/L)有利于高盐条件下AO7的生物降解.进水中加入酸性红B对AO7的脱色有加速作用.耐盐污泥中加入蒽醌形成的蒽醌-污泥自固定化体系可以促进AO7脱色,当蒽醌浓度为100mg/L时,AO7最大脱色率约为92%.以活性炭毡作为生物载体,厌氧和好氧体系均可实现稳定运行,且体系污泥沉降性良好,脱色速率达26.67mg/(L×h),且可有效抑制脱色中间产物1-氨基-2-萘酚的好氧自氧化,使COD去除率始终保持在90%以上.     

漆酶包埋修饰阴极提高生物-电-芬顿处理聚醚废水处理效率

利用漆酶包埋修饰碳毡阴极构建微生物燃料电池-电-芬顿体系强化降解聚醚废水.结果表明,在pH为4,漆酶浓度为7 mg·mL~(-1)时,24 h后阴极室聚醚废水COD降解率达68.1%,比未修饰的碳毡阴极提高28%.漆酶修饰阴极强化电池的产电性能和提高H_2O_2的浓度,且H_2O_2的浓度在此工艺中起关键作用.微生物燃料电池最大电压达548 mV,H_2O_2最大浓度为3.14 mg·L~(-1),分别比碳毡阴极提高21.8%和25.6%.从三维荧光谱图中得出聚醚废水中的双酚和甲苯二胺等荧光物质被降解.综上所述,漆酶包埋修饰阴极是提高MFC-electro-Fenton处理聚醚废水效率的有效途径.     

蒽醌-2-磺酸盐强化电辅助微生物体系对偶氮染料的脱色效果

为了提高微生物对偶氮染料的降解效率,将电辅助引入微生物还原降解过程,对比研究了EAMS（电辅助微生物体系）、ECS（电化学体系）和MS（微生物体系）对偶氮染料活性艳红X-3B的降解效果,并考察了不同摩尔浓度的AQS（蒽醌-2-磺酸盐）对电微生物体系降解染料的强化作用.结果表明:反应24 h时,EAMS对活性艳红X-3B的去除率达到99.8%,比MS（去除率为61.9%）和ECS（去除率为27.1%）二者之和还要大10.8%;EAMS对活性艳红X-3B的降解过程符合一级反应动力学特征.当c（AQS）为0.050 mmol/L时,降解最快,一级动力学常数为1.962 h-1,是未添加AQS（0.2644 h-1）的7.42倍.加入AQS后,体系中电流升高,说明AQS加快了降解过程中电子传递速率.研究显示,AQS的加入实现了电极-远离电极的微生物-染料之间多相反应界面远程电子传递过程,使整个体系的微生物都可以快速发挥作用,达到强化降解偶氮染料.      

新型非均相电-Fenton技术深度处理焦化废水

分别采用高效氯气还原阴极PAQ/GF和形稳性阳极IrO2-RuO2-TiO2/Ti做为阴、阳极,填充非均相催化剂,研究一种阴、阳极同时催化氧化的电化学过程,并应用于焦化废水生化出水深度处理.采用在石墨毡上电聚合蒽醌制备PAQ/GF电极,并用循环伏安进行了表征.结果表明,蒽醌在电极表面具有很好的可逆性,并对电催化还原氧气...     

Fe-PTFE-nano-PbO_2/Ti电极电催化氧化对硝基酚废水研究

研究了模拟废水对硝基酚(p-NP)的电化学降解情况,实验中以Fe-PTFE-nano-PbO2/Ti为阳极,石墨为阴极,讨论了电流密度、p-NP初始浓度、电解质(Na2SO4)浓度、溶液初始pH这些因素对p-NP降解的影响。实验表明,电流密度越大,生成的·OH更多,去除效果越好;p-NP初始浓度越小,电解速度高于扩散速度,反应速率越快,浓度越高,产生的更难降解的与p-NP竞争有机物中间产物越多,反应速率越低;Na2SO4浓度越大,SO42-产生的中间产物因具有氧化作用,在一定浓度范围内促进有机物的降解;溶液pH越小,析氧电位越低,越不容易发生析氧副反应,提高降解效率,有利于有机物降解。实验中电流密度20 mA/cm2,p-NP起始浓度100 mg/L,Na2SO4浓度0.02 mg/L,pH为5.1时条件最优,有机物降解效果较好,120 min时p-NP去除率99.23%,COD去除率77.38%,矿化率较高。     

氧化还原介体厌氧催化酸性红B生物脱色研究

研究了筛选出的四种结构相似的醌类氧化还原介体对酸性红B厌氧脱色的促进作用,并以催化效果最佳的蒽醌-2-磺酸钠为醌介体模型,探讨了醌介体催化酸性红B厌氧生物降解路径。在35℃中温厌氧条件下,采用间歇批量实验法,测定不同体系中醌介体催化酸性红B脱色效果。结果表明:①在酸性红B浓度为150mg·L-1,醌介体浓度为0.16mmol/L,反应时间为4h时,结构相似的四种醌介体均可促进酸性红B脱色,反应效率提高了1.6².4倍,其大小顺序为AQS>2,7-AQDS>AQDS>α-AQS;②AQS在催化酸性红B降解过程中与传统厌氧微生物降解路径保持一致。     

电-Fenton氧化降解2,4-二氯酚

以气体扩散电极为阴极,以Ti/SnO₂-Sb₂O₅-IrO₂为阳极,构建了电-Fenton氧化系统降解水中2,4-DCP(2,4-二氯酚),在考察气体扩散阴极产生H₂O₂适宜电位基础上,研究了初始 c (Fe2+)和电化学反应时间对2,4-DCP降解的影响以及反应过程中 c (H₂O₂)、 c (Fe2+)和ρ(Cl-)的变化. 结果表明:该方法联合了电-Fenton氧化和钛基氧化物阳极氧化2种作用共同降解2,4-DCP,在阴极电位为-0.7 V、 c (Fe2+)为0.15 mmol/L、反应60 min时,2,4-DCP去除率为89.1%;反应120 min时,2,4-DCP的吸收特征峰完全消失,去除率达到100%;反应240 min时,ρ(TOC)降至9.15 mg/L,去除率达79.4%. 反应体系中ρ(H₂O₂)与ρ(Fe2+)呈负相关. 2,4-DCP被降解后,其苯环上的氯主要以Cl-的形式存在于溶液中.      

电-Fenton法降解低含盐量反渗透浓缩液中腐植酸

为研究采用碳毡-Pt电-Fenton体系处理模拟低含盐量反渗透浓缩液中的腐植酸的影响因素和降解机制,通过单因素试验,以COD_Cr去除率为评价指标,以Fe2+添加量、通氧量、电流密度、pH为考察因素,探讨了不同条件对电-Fenton体系ρ（H₂O₂）和COD_Cr去除率的影响.结果表明:采用电-Fenton法降解模拟反渗透浓缩液,较低的含盐量有助于COD_Cr的去除,与高含盐量（1 000~2 000 mg/L）相比,在低含盐量（500~1 000 mg/L）条件下COD_Cr去除率提高10%~20%;并且最佳条件下实际电流效率（GCE）达到15.6%,电化学能耗为32 kW·h/kg.最佳反应条件:通氧量为0.3 m3/L,Fe2+添加量为0.1 mmol/L,电流密度为3.5 mA/cm2,pH=3,在该条件下反应180 min时,电-Fenton体系产生的ρ（H₂O₂）为105 mg/L,可使ρ（COD_Cr）由150 mg/L降至16 mg/L,COD_Cr去除率达到90%.研究显示,较宽的pH范围（3~7）内碳毡-Pt电-Fenton体系对腐植酸的降解表现稳定,COD_Cr去除率均达到60%以上.      

N-Co/C@CF阴极材料制备及在电芬顿脱色中的应用

文章采用混合热解法合成了金属有机骨架(MOFs)衍生的N掺杂多孔碳阴极材料N-Co/C,利用SEM、FT-IR、XPS等表征技术及电化学表征手段探究了碳材料的几何形貌、物化性质及电化学性能,构建了N-Co/C@CF为阴极的电芬顿体系,用以降解活性红195染料废水。根据实验结果,N掺杂碳材料为无定形结构,比表面积大,且材料中产生了有利于两电子氧还原反应的石墨型氮和吡啶型氮。N掺杂后,N-Co/C@CF电极材料导电性能、对氧气的吸附能力及还原能力均明显提高,以600℃下煅烧所得N-Co/C-600@CF电极材料性能最佳。采用N-Co/C-600@CF为阴极降解活性红195,在电压3 V、Fe²⁺浓度20 mg/L,pH=3及O2流量为60 mL/min下,90 min染料脱色率达到99.66%,COD去除率可达72.87%。电极循环使用6次,脱色率仍可达到93.54%,表明电极具有良好的稳定性。     

酸性红3B的杂多酸光催化降解动力学

以杂多酸Pw₁₂O^3-₄₀为催化剂,研究了酸性红3B的光催化降解动力学.光强、催化剂浓度、酸性红3B初始浓度对光催化的速率均有正效应其中,光解速率与光强、酸性红3B初始浓度成正比;在催化剂浓度不大(吸光值<2)时,光解速率与催化剂投加量成正比体系中的溶解氧对催化剂起到氧化再生作用;驱氧条件下,由于催化剂再生受到抑制,光解速率减慢Pw₁₂O^3-₄₀光催化降解酸性红3B的动力学符合Langmuir-Hinshelwood模型,溶液中催化剂和酸性红3B之间存在预络合作用,达到平衡后发生光氧化.与UV/TiO₂法相比,uV/PW₁₂O^3-₄₀法降解有机物的速率更快.     

K2S2O8强化g-C3N4薄膜电极光电催化降解Cu(CN)32-并同步回收Cu

采用高温液相生长法制得g-C_3N_4薄膜电极并作为光阳极,以石墨毡作为阴极,建立了光电催化系统.通过对比光电催化体系、K_2S_2O_8体系以及外加K_2S_2O_8到光电催化体系,发现在光电催化系统下外加K_2S_2O_8可以有效地提高光电催化降解Cu(CN)_3~(2-)的效率,并实现了Cu在阴极上的有效回收.探究了K_2S_2O_8投加量对CN-降解率和Cu回收率的影响,发现当K_2S_2O_8浓度为1 mmol·L~(-1),偏压为1.0 V时,CN-的去除率和Cu回收率分别达到86.23%和82.11%.通过SEM、EDS和XPS分析阴阳极表面形貌,发现部分Cu+被氧化以CuO的形式存在于沉淀和阳极表面,大部分铜离子通过电化学还原作用以单质铜的形式沉积于阴极表面,铜离子有效地从体系中去除.电子顺磁共振及淬灭实验分析表明,CN-的氧化去除是硫酸根自由基(SO·-4)氧化和非自由基氧化共同作用.     

废水中α-氯代环己基苯基甲酮的电化学降解

采用石墨电极对含α-氯代环己基苯基甲酮的氯化清洗水进行电化学降解。结果表明,电化学降解对COD的去除效果非常明显,并且随着电流密度增加,COD的去除效率逐渐升高,电流密度由15 mA/cm2增加至100 mA/cm2, COD的去除率从39.7%升高到72.3%;电化学降解作用下,水样可生化性显著提高,降解2 h后,(BOD5)/(COD)由原水的0.22提高到0.46;电化学降解过程中,COD的降解遵循零级反应动力学方程;此外,还对电化学降解过程中α-氯代环己基苯基甲酮的降解途径进行了推测。