MnO2/EGM电极制备及电化学降解罗丹明B的研究

为开发高效的电化学阴极材料,提高溶解氧还原为H₂O₂的产率,利用电沉积法制备出了二氧化锰/膨胀石墨复合基(MnO₂/EGM)电极,并用于罗丹明B(RHB)电化学阴极降解过程的研究.实验以纯石墨电极片为阳极,MnO₂/EGM复合材料为阴极,分别考察了溶液初始pH值、电流密度、电解质浓度、RHB初始浓度和反应温度对RHB脱色效果的影响.结果表明:利用电沉积法在EGM电极表面均匀负载了MnO₂涂层;在二维电极体系中,当初始pH值为2,电流密度为40 mA·cm^-2,电解质浓度为0.15 mol·L^-1,罗丹明B初始浓度为8 mg·L^-1,反应体系温度为25℃时,RHB在电解30 min后达到最大脱色率为94.43%,且其降解过程符合一级反应动力学.运用循环伏安法(CV)研究了复合电极表面的电化学行为,以及在最佳降解条件下对H₂O₂浓度进行跟踪分析,并对降解机理进行了初步推测,...     

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.     

Fe(II)活化O2高级氧化降解罗丹明B染料

基于传统Fenton体系中H₂O₂利用率低,修复费用高,对环境副作用大的缺点,通过向溶液中投加三聚磷酸钠（STPP）,形成Fe（Ⅱ）-STPP配合物,氧气替代H₂O₂作为氧化剂,构建Fe（Ⅱ）/O₂/STPP的新型高级氧化体系,研究了该反应体系对模拟罗丹明B染料废水的降解性能.结果表明该体系对于罗丹明B具有良好的降解效果,并且在较广泛pH值（5-9）条件下罗丹明B降解率均在70%以上,废水中常见金属阳离子对降解效果基本没有影响.通过自由基掩蔽实验证明体系中对罗丹明B起降解作用的主要是·OH.该新型高级氧化体系更加绿色、可持续,在难降解染料等废水的处理中具有广泛的应用前景.     

双Z型MIL-88A(Fe)/Ag3PO4/AgI光芬顿催化剂对染料的去除

以MIL-88A (Fe)为载体,通过原位沉淀法和离子交换法成功合成双Z型三元复合材料MIL-88A (Fe)/Ag₃PO₄/AgI (MAI),并将其应用于光芬顿体系中,高效去除染料废水中的罗丹明B (RhB).棒状的MIL-88A (Fe)作为载体,减少了Ag₃PO₄和AgI颗粒的团聚现象,形成的双Z型异质结减少了电子-空穴对的复合,提高了光催化活性.在催化剂为0.5g/L,初始pH值为3.0,H₂O₂浓度0.4mmol/L的条件下,20min内100mL的20mg/L的RhB可被完全降解,并且在循环5次使用后仍保持较高的催化性能.此外,自由基捕获实验和电子自旋共振实验表明h⁺,O₂^·﹣和HO^·是MAI/Vis/H₂O₂催化体系中的主要活性物质.最后,提出了MAI降解的可能机理.     

WS2对Fe2+/过氧化钙类芬顿体系降解双酚A的助催化作用

Fe²⁺/过氧化钙类芬顿体系(Fe²⁺/CaO₂)在实际应用中易受到铁离子循环缓慢的限制.因此,本研究利用商业WS₂作为Fe²⁺/CaO₂体系的助催化剂以促进Fe³⁺/Fe²⁺快速循环,进而高效降解双酚A(BPA).在最佳条件下,WS₂/Fe²⁺/CaO₂体系在15 min内对BPA(10 mg·L^-1)的降解率为99.7%.同时,该体系展示出良好的应用前景,可适用于多种水体,亦可高效降解多种难降解有机污染物.自由基淬灭实验和EPR分析表明,羟基自由基(·OH)、单线态氧(¹O₂)和超氧自由基(·O₂^-)是BPA降解的主要活性氧物种,其中·OH贡献最大.WS₂表面暴露的W⁴⁺还原性位点,促进了Fe...     

光电芬顿氧化反应降解染料罗丹明B（英文）

以有机染料罗丹明B为目标污染物,利用光电芬顿方法对其进行降解研究。研究汇总考察了芬顿试剂(二价铁盐、双氧水)的用量及比例、初始p H值、电流强度等对罗丹明B降解效果的影响。实验结果表明:芬顿试剂H_2O_2/Fe~(2+)的最佳物质的量比为1∶1,Fe~(2+)浓度降低或H_2O_2浓度升高,罗丹明B降解效果增强;罗丹明B在pH=3.0的酸性体系中降解效果最好;电流强度为0.005 A时,罗丹明B降解效果好且耗能最低。在H_2O_2/Fe~(2+)物质的量比为1∶1、电流为0.005 A、初始pH=3.0、H_2O_2初始浓度为1.0 mM条件下,以350 nm紫外光照射的光电芬顿反应降解初始浓度为0.1 mM的罗丹明B溶液,处理10 min后罗丹明B去除效率可达99%以上。     

3D打印气体扩散电极产H2O2及其对焦化废水的处理研究

利用3D打印技术设计出一种高效产H₂O₂的3D打印气体扩散电极（3D-GDE）并将其应用于电芬顿体系对实际焦化废水降解研究.结果表明3D-GDE阴极H₂O₂产量高达16.1mg H₂O₂/cm²,而相同条件下传统气体扩散电极仅为7.16mg H₂O₂/cm².通过考察不同因素对阴极产H₂O₂影响可知：酸性条件更有利于产H₂O₂;电流从200mA提高到250mA,其H₂O₂产量从250mg/L提高到450mg/L,但是继续提高电流时（250~300mA）,H₂O₂并没有明显增加.将3D-GDE电极应用于电芬顿对实际焦化废水处理,在最适宜条件下,可以实现对焦化废水有效矿化（4h电解后高达80%）,其降解过程中三维荧光指纹分析也直接证明了该体系的高效性.Microtox毒性实验表明,3D-GDE电芬顿体系可以有效的降低焦化废水体系的毒性,其最低能耗为0.9kW·h/g TOC.     

穿透式碳纳米管电极的制备及其高效降解水中抗生素的性能和机理

为实现水中四环素类抗生素的高效降解,本文设计开发了一种基于电活性碳纳米管(CNT)电极的穿透式电芬顿系统,采用水热法制得纳米铁和二硫化钼共修饰的CNT阴极材料(Fe-MoS₂@CNT),分析不同因素对电芬顿催化降解四环素性能的影响. 结果表明:基于改性CNT电极的穿透式电芬顿系统对四环素表现出良好的去除性能,电压和流速等对四环素的降解动力学具有显著影响. 该系统的最优试验条件:Fe掺杂量为0.3 mmol/L、外加电压为-2.5 V、流速为0.85 cm3/(min·cm2). 在最优试验条件下,反应60 min内四环素的降解率可达到95%,羟基自由基为主导的活性物种. 连续运行240 min后,该系统对四环素的降解率仍保持在85%以上,且在实际湖水环境水基质中对四环素降解率也可达到87.2%. 研究显示,Fe-MoS₂@CNT膜电极具有优异的催化性能及可重复利用性,可以高效降解水中四环素类抗生素.      

铁掺杂氯氧化铋光芬顿催化降解水中阿特拉津的性能与机理研究

采用溶剂热反应制备了分级微球结构的铁掺杂氯氧化铋(Fe-BiOCl),并用于光芬顿降解阿特拉津(Atrazine,ATZ).结合多因素实验,系统地分析了以Fe-BiOCl为催化剂构建的光芬顿体系氧化降解阿特拉津的性能与机理.结果表明,当催化剂用量为0.2 g·L^-1、污染物浓度为20 mg·L^-1、H₂O₂浓度为6.4 mmol·L^-1时,Fe-BiOCl-2催化剂在120 min内降解阿特拉津的效率约为99.98%,且在较宽pH范围(3.04～6.02)内保持优异的降解效率.通过自由基猝灭实验和电子顺磁共振(EPR)测试发现,在光芬顿体系中羟基自由基(·OH)和超氧自由基(·O₂^-)是反应的主要活性物种.此外,通过超高效液相色谱测定降解过程中的中间产物,提出了可能的降解路径和转化机理.     

Fe2+/电复合活化过硫酸盐处理酸性橙Ⅱ的过程研究

构建了Fe²⁺/电复合活化过硫酸盐体系,以酸性橙Ⅱ为模拟污染物,探究了温度、Fe²⁺浓度、过硫酸钠浓度、电流密度和pH值对降解过程的影响,并基于猝灭实验分析过程中存在的活性物种及其作用机制.结果表明：Fe²⁺/电复合活化下酸性橙Ⅱ的降解速率远高于同等条件下单一Fe²⁺活化或电活化的情况;Fe²⁺/电复合活化的能耗仅为0.15 kWh·m^-3,比电活化的能耗降低了46.4%;Fe²⁺/电复合活化对初始pH的适用性较为宽泛,在酸性或中性条件下均可有效降解酸性Ⅱ;在温度为40℃、Fe²⁺浓度为0.50 mmol·L^-1、过硫酸钠浓度为4 mmol·L^-1、电流密度为3 mA·cm^-2和初始pH为6.76的情况下,酸性橙Ⅱ的降解率可在30 min内达到95.8%;猝灭实验表明,复合活化过程中存在硫酸根自由基、羟基自由基和超氧自由基.综合分析认为复合体系中的...     

碳纳米管掺杂PbO2复合电极的制备及其催化氧化双酚A

采用电化学沉积法将不同浓度的碳纳米管（CNT）掺入PbO₂电极,得到具有高稳定性和催化活性的CNT-PbO₂复合电极。扫描电子显微镜（SEM）、能量色散谱（EDS）等测试分析发现CNT掺杂到PbO₂电极表面活性层中,CNT掺杂使得PbO₂晶粒尺寸减小,活性表面积增大。CNT-PbO₂电极降解双酚A体系中自由基生成量减少,但其降解效果反而提升。循环伏安测试（CV）、电极加速寿命测试表明,CNT-PbO₂电极降解双酚A的机理主要是改性后的电极具有更强的电化学直接氧化能力和更高的稳定性。最后通过UPLC&Q-TOF MS测试得到双酚A的主要降解产物和降解路径。     

Fe/Ti-MIL-NH2吸附-光催化降解NDPhA

通过水热法成功制备Fe/Ti-MIL-NH₂吸附-光催化复合材料,考察了该材料对亚硝基二苯胺(NDPhA)的降解效能与机制.结果表明,Fe/Ti摩尔比为3:1时,Fe/Ti-MIL-NH₂能在不同水质条件下稳定去除84.4%以上的NDPhA,10mmol/L HCO₃^-的加入可使去除率达95.1%.与Fe-MIL-NH₂相比,Fe/Ti-MIL-NH₂(3:1)优异的吸附-光催化性能归因于其原位异质结构的形成,使其比表面积增加(310.2m²/g),加速光生空穴对分离并抑制其复合.通过动力学、吸附等温线拟合,明确了Fe/Ti-MIL-NH₂对NDPhA的吸附机制为表面吸附和分配作用.自由基捕获与探针实验结果表明,Fe/Ti-MIL-NH₂光催化过程通过自由基(^·O₂^-, ^·OH)与非自由基(Fe[IV]=O, h⁺)的共同作用降解NDPhA,提出了Fe/Ti-MIL-NH₂去除NDPhA的吸附光催化机制.通过分析光催化氧化中间产物,提出了NDPhA可能的降解路径.此外,Fe/Ti-MIL-NH₂(3:1)可完全去除天然水体基质中浓度<0.1mg/L的NDPhA,且重复使用5次后仍能去除83%的NDPhA,表明该材料稳定性较高.     

钴基气体扩散电极强化电芬顿处理磺胺噻唑钠

制备钴氧化物掺杂的碳氮气体扩散电极(Co-CN-GDE)强化电芬顿体系抗生素降解效能.引入CoO_x后,Co-CN-GDE界面反应电荷阻力降低,氧强度提高,促进HO^·等活性物质生成.将其应用于磺胺噻唑钠(STZ)废水处理,20min内随钴掺杂比例从0增加至1/5,反应动力学常数从0.008min^-1提升至0.243min^-1,STZ降解率从76.94%提升至98.99%.同时生物毒性实验证明新电芬顿体系对STZ有去毒作用.最后,通过超高效液相色谱-串联质谱检测STZ降解过程中的产物,得出STZ主要降解路径为α,β和γ键断裂.本文为解决微区强碱环境催化剂还原受阻进一步提高气体扩散电极处理抗生素废水能力提供解决思路.     

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.     

类单晶纳米片状WO3的制备及其光催化性能

通过调控水热温度、反应pH值和前驱体比例制备了类单晶WO₃纳米片光催化材料,通过XRD,SEM,TEM,XPS,UV-vis和光电流密度测试等手段对WO₃纳米片的形貌、晶型、组成以及电荷分离性能进行了表征,并研究了可见光照条件下其对罗丹明B的催化降解活性.结果表明,研究获得了厚度约10nm,边长尺寸约300~500nm的单斜晶相WO₃纳米片,且纳米片具有连续整齐的晶格结构、较高的能带结构和较好的电荷载流子分离性能.光催化实验结果表明,WO₃纳米片催化降解罗丹明B的反应过程符合一级动力学,反应速率常数为2.91h^-1,是WO₃纳米颗粒催化罗丹明B降解反应速率常数（0.56h^-1）的5.2倍,推测WO₃纳米片较好的催化活性是源于其较高的载流子分离效率.自由基捕获实验证明,可见光照下·OH和·O₂^-均为WO₃纳米片催化降解污染物过程中的活性自由基.循环降解实验证明制备的光催化剂具有良好的稳定性.     

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.     

水资源利用对敦煌市生态环境演变的影响分析

基于遥感数据的解译分析,从1987年到2007年敦煌市自然植被面积下降543.69 km²,自然生态系统面积缩小17.62%,土地荒漠化趋势明显。根据实际测定的样方生物量与对应的土地利用类型面积拟合曲线,估算这一时期自然植被的生物量从102.42×10⁴ t下降到72.33×10⁴ t。敦煌市自然植被和人类活动的用水量此消彼长,总用水规模在6.3×10⁸ m³左右。自然植被用水量从1987年的3.072 7×10⁸ m³减少到2007年的2.17×10⁸ m³,净减少达30%。人类活动用水量从1987年的3.315 7×10⁸ m³增加到2007年的4.093×10⁸ m³。疏勒河干流及其支流党河都因为人类活动用水大量增加,挤占了自然植被的用水。特别是农业灌溉占用了绝大部分水资源,成为敦煌生态环境退化的主要原因。恢复和保护敦煌的生态问题,不仅需要调控党河流域的人类活动,也要调控疏勒河干流地区的人类活动。     

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.      

锰钴水滑石/石墨烯电极的制备及催化性能

采用水热法制备了以氧化还原石墨烯（rGO）为载体的锰钴水滑石（LDH）,即MnCo-LDH/rGO复合材料并研究其氧还原性能.在Mn/Co物质的量比为1：3的条件下,MnCo-LDH和MnCo-LDH/rGO的形貌和催化性能最为突出.与MnCo-LDH相比,MnCo-LDH/rGO在Na₂SO₄溶液中的氧化还原峰更加明显（-0.425V）,且峰电流更大,达到0.749mA/cm².将MnCo-LDH/rGO作为阴极,在120min内持续提供30mA/cm²的电流可使浓度为20mg/L的罗丹明B染料（RhB）降解98.6%,具备良好的降解性能.旋转圆盘（RDE）及自由基淬灭实验结果显示,反应中转移电子数为2,且主要自由基为·OH.