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.     

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.      

载铁ACF/Ni阴极电化学体系除藻效能与机制

采用化学浸渍法将Fe@Fe₂O₃纳米线负载在活性炭纤维/泡沫镍上组成Fe@Fe₂O₃/ACF/Ni复合阴极,以钛基铂（Pt/Ti）为阳极,考察载铁量、初始pH值和不同电化学体系对除藻效果的影响,探究无供氧条件下Pt/Ti-Fe@Fe₂O₃/ACF/Ni电化学体系除藻的效能;基于·OH间接检测、铁离子浓度、H₂O₂浓度及pH值的分析和·O₂^-的检测研究Pt/Ti-Fe@Fe₂O₃/ACF/Ni中性电化学体系反应机制.结果表明,当制备阴极阶段投加0.03g FeCl₃×6H₂O,初始藻浓度为0.7×10⁹~0.8×10⁹个/L,电流密度为75mA/cm²,初始pH6.2时,电解60min,该体系除藻率可达到92.3%.在Pt/Ti-Fe@Fe₂O₃/ACF/Ni电化学体系中,Fe@Fe₂O₃/ACF/Ni阴极可通过电化学反应产生大量·OH和·O₂^-,使藻细胞破裂死亡;该体系除藻的主要机理是非均相电Fenton反应.     

载铁ACF/Ni阴极电化学体系除藻效能与机制

采用化学浸渍法将Fe@Fe₂O₃纳米线负载在活性炭纤维/泡沫镍上组成Fe@Fe₂O₃/ACF/Ni复合阴极,以钛基铂（Pt/Ti）为阳极,考察载铁量、初始pH值和不同电化学体系对除藻效果的影响,探究无供氧条件下Pt/Ti-Fe@Fe₂O₃/ACF/Ni电化学体系除藻的效能;基于·OH间接检测、铁离子浓度、H₂O₂浓度及pH值的分析和·O₂^-的检测研究Pt/Ti-Fe@Fe₂O₃/ACF/Ni中性电化学体系反应机制.结果表明,当制备阴极阶段投加0.03g FeCl₃×6H₂O,初始藻浓度为0.7×10⁹~0.8×10⁹个/L,电流密度为75mA/cm²,初始pH6.2时,电解60min,该体系除藻率可达到92.3%.在Pt/Ti-Fe@Fe₂O₃/ACF/Ni电化学体系中,Fe@Fe₂O₃/ACF/Ni阴极可通过电化学反应产生大量·OH和·O₂^-,使藻细胞破裂死亡;该体系除藻的主要机理是非均相电Fenton反应.     

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.      

新型铈钨钛复合氧化物催化还原脱硝机理

利用水热共沉淀法制备了铈钨钛复合氧化物催化剂,考察了H₂O₂络合修饰对其催化脱硝转化频率（TOF）的影响;并借助傅里叶原位红外光谱仪研究了H₂O₂络合修饰后铈钨钛复合氧化物的催化脱硝机理.结果表明：H₂O₂络合修饰可增强铈钨钛复合氧化物表面Brønsted酸位强度,提高其表面NH₃低温吸附和中低温NH₃-SCR脱硝性能,400℃时其NO_x催化脱除频率TOF高达0.658s^-1;NH₃和NO_x在H₂O₂络合修饰后铈钨钛复合氧化物表面存在竞争吸附,其表面催化脱硝反应主要为吸附态NH₃、NH₂和NH₄⁺与气态NO+O₂的反应,其低温NH₃-SCR反应机理遵循Eley-Rideal（E-R）机理.     

UV/氯降解铜络合物的特性与机理

本研究选取Cu-EDTA、Cu-NTA、Cu-柠檬酸和Cu-酒石酸4种典型的铜络合物来探讨UV/氯工艺在酸性和中性条件下降解重金属络合污染物的潜力,并以Cu-EDTA为代表物详细考察了[NaClO]_0/[Cu]_0(物质的量比)、初始溶液pH值和NO~-_3、SO■等共存物质对UV/氯破络性能的影响.结果表明,UV/氯对多种铜络合物具有高效的氧化破络能力,可将Cu浓度从初始的19.2 mg·L~(-1)降至1.0 mg·L~(-1)以下.在[NaClO]_0/[Cu]_0为60、初始溶液pH为3.0～5.0的条件下, UV/氯对Cu-EDTA的破络效果较好,Cu和TOC的去除率分别高于95%和70%,但共存的NO~-_3、SO■、Ca~(2+)和NOM对Cu-EDTA的破络有一定抑制作用.自由基捕获实验和竞争动力学研究结果表明,UV/氯通过HO·和Cl·两者的共同作用实现Cu-EDTA破络,在pH=5.0时的贡献分别为60%和40%.产物鉴定结果证明,Cu-EDTA降解为N—C键逐步断裂的脱羧过程,其中,—N—(CH_2—COOH)_2和—N—CH_2—CH_2—N—基团上的N—C键断开生成Cu-ED3A和Cu-NTA,分别贡献约80%和20%.UV/氯对实际络合铜废水仍具有良好的处理效果,Cu浓度由初始的20.4 mg·L~(-1)降至约1.0 mg·L~(-1).     

电-Fenton法预处理腈纶聚合废水的影响

采用电-Fenton法预处理腈纶聚合废水,研究了试验条件对污染物去除效果的影响. 阳极采用Ti/SnO₂-Sb₂O₃网状极板,阴极采用网状钛板,对腈纶聚合废水进行电解处理. 分别考察了停留时间,电解电压,FeSO₄·7H₂O投加量和pH对废水中污染物去除效果的影响. 正交试验结果表明,各影响因素的影响程度大小为pH>电解电压>FeSO₄·7H₂O投加量;单因素试验结果表明,在电解电压为15 V,pH为5,FeSO₄·7H₂O投加量为1.44 mmol/L,电解时间为3 h时,腈纶聚合废水中COD_Cr的去除率为31.98%,丙烯腈的去除率为74.10%,出水c(Fe2+)为0.004 mmol/L,废水的ρ(BOD₅)/ρ(COD_Cr)从0.05升至0.47,提高了废水的可生化性,为后续生化处理创造了条件.      

光芬顿法处理次磷酸盐同步回收磷性能及参数研究

本研究构建了以模拟太阳光(AM 1.5,100 mW·cm^-2)为光源的光芬顿体系，研究了对化学镀镍废水中次磷酸盐(H₂PO₂^-)的氧化且同步回收磷(P)，比较了单独H₂O₂、模拟太阳光和H₂O₂联用、H₂O₂与FeSO₄联用(芬顿法)、模拟太阳光和芬顿法联用(光芬顿法)对H₂PO₂^-的氧化效果.结果表明光芬顿法效果最优，能够高效氧化H₂PO₂^-为PO₄^-的同时在一定条件下以磷酸铁(FePO₄)沉淀形式回收P.考察了不同H₂O₂浓度、H₂O₂投加次数、溶液初始pH值、...     

光/电/化学催化降解水中二甲基甲酰胺的反应特性

设计了以负载型TiO₂薄膜电极为阳极,以高纯多孔石墨为阴极,以饱和甘汞电极为参比电极的光/电/化学催化反应器,对二甲基甲酰胺(DMF)溶液进行降解. TiO₂/Ti薄膜电极能对阳极槽中的DMF进行降解;同时,阴极槽中产生的过氧化氢(H₂O₂)可与亚铁离子形成Fenton催化体系,对DMF溶液也具有良好的降解作用. 结果表明,在以0.02 mol/L的Na₂SO₄和0.01 mol/L的FeSO₄混合溶液作为支持电解质,初始pH为3.5,阴极电位(-E_c)为0.66 V,曝气强度为1.5 L/min和反应时间为60 min等的条件下,阳极槽和阴极槽中DMF的去除率分别达到85.10%和82.95%.      

介孔炭基复合阴极的制备及其产H2O2性能研究

近年来,气体扩散电极因可以使氧气/空气从外部供应到阴极表面,而不需要在电解质中溶解,在提高H₂O₂的电化学合成效率方面得到了广泛的关注。该文以介孔炭为催化层材料,购买的商业碳黑和石墨作为扩散层材料制备电极。从产H₂O₂量和电流效率可以看出,当催化层为介孔炭且与PTFE乳液的比例为2∶1,扩散层为碳黑且与PTFE乳液的比例为1∶3时,在鼓气速率为18 L/h、电解质为200 mL 0.5 mol/L的Na₂SO₄溶液、电流密度为10 m A/cm²、初始p H值为11.0的条件下,能高效生成H₂O₂,60 min产H₂O₂量为47 mmol/L,且制作的空气扩散电极在数次使用之后,仍能保持良好的产H₂O₂能力。     

自支撑阴极用于宽pH域原位产H2O2及其耦合UV降解卡马西平

阴极电催化实现宽pH域原位产H₂O₂颇具挑战性,但在高级氧化领域具有吸引力.为克服传统芬顿及电芬顿技术中反应pH的限制,以Cd作为牺牲金属,以碳布为基底,通过煅烧成功合成了一种可在宽pH （3～10）条件下,均能原位电催化合成H₂O₂的自支撑阴极氮掺杂碳材料[X/N@C-CC,X=550、750、950 （煅烧温度）],并在此基础上,通过UV活化H₂O₂产生氧化活性物种对卡马西平（CBZ）进行降解.结果表明：（1）通过煅烧法制备的阴极材料具有高氮掺杂量,煅烧温度对其氮掺杂量及种类有着较大影响,在最佳煅烧温度750℃条件下,氮含量为8.89%,且以吡啶氮和石墨氮形式存在.此外,煅烧温度对该阴极材料氧含量无明显影响,其表面均含有C=O、—COOH官能团;（2）催化材料的主要活性位点为吡啶氮、石墨氮以及—COOH等含氧官能团,且含氧官能团的存在,使其在碱性pH条件下亦有较好的电催化产H₂O₂性能;（3）在最佳条件下,7...     

大气中过氧化氢的生成、污染特征及其影响因素

过氧化氢(H₂O₂)是自由基的源和汇,是对流层大气中重要的氧化剂. 采用文献研究法对1990年以来H₂O₂的文献进行搜集整理,对其生成途径、污染特征及其影响因素进行了研究. 结果表明:H₂O₂在大气、云水和颗粒物中均有存在,大气中的H₂O₂主要通过O₃和甲醛光解、VOC同OH·/O₃等反应生成. 大气中φ(H₂O₂)一般在nd～8×10-9内波动,晴天φ(H₂O₂)呈早晚低、午后高的日变化特征;φ(H₂O₂)随φ(O₃)、太阳辐射和气温的增加而升高,随φ(NO_x)、φ(VOCs)和相对湿度的升高而降低;H₂O₂氧化SO₂为SO₄2-是液相化学中最重要的反应,可以导致酸沉降以及二次气溶胶浓度的升高. 在气相光化学反应中,H₂O₂/HNO₃(体积分数比)可以指示O₃生成是VOCs控制还是NO_x控制. 今后需对OH·浓度、NO₂和O₃的光解速率等影响H₂O₂关键因素开展监测研究,此外,还需对我国特殊大气环境下H₂O₂对SO₄2-生成的贡献、不同地区H₂O₂/HNO₃指示O₃生成对NO_x或VOCs敏感性等方面开展更多的研究.      

NO和H2O2对大豆幼苗铝毒害的缓解效应及其相互作用

NO和H₂O₂作为信号分子参与植物对非生物胁迫的响应,为了确定NO和H₂O₂介导的大豆耐铝作用以及二者的交互作用,以浙春3号大豆为材料,分析了铝毒胁迫下根尖内源及外源NO和H₂O₂对大豆铝毒的缓解效应,并研究了NO和H₂O₂代谢相关酶的活性变化, 其中外源NO由SNP(亚硝基铁氰化钠,Na₂[Fe(CN)₅NO]·2H₂O)提供. 结果显示:Al处理显著抑制大豆根生长,促使Al在根尖积累并显著提高大豆根尖内源w(NO)和w(H₂O₂). 在H₂O₂₊Al、SNP+Al和H₂O₂₊SNP+Al处理下,大豆根相对伸长率比单独Al处理下分别升高了64.6%、63.5%和69.5%,根尖w(Al)则分别减少了34.6%、36.8%和32.9%,表明NO和H₂O₂对铝毒害均具有缓解作用.外源NO能够促使根尖内源H₂O₂显著积累,降低POD(过氧化物酶)活性,而外源H₂O₂对内源根尖w(NO)无影响.NO和H₂O₂在缓解铝毒的信号途径中存在信号互作,NO处于H₂O₂的上游,其通过POD活性调节内源w(H₂O₂).      

PDI有机超分子/可见光体系产绿色化学试剂H2O2机制

从绿色化学角度来看,设计安全、可持续的过氧化氢(H₂O₂)合成工艺至关重要.利用光催化技术将地球上丰富的水和氧气直接转化为H₂O₂是一种可持续发展的高效工艺.本文通过建立苝酰亚胺(PDI)有机超分子/可见光体系用于生成绿色化学试剂H₂O₂,探究了该体系中H₂O₂产生的影响因素和机理,构建了光芬顿体系用于目标药物的处理并分析其环境归趋.根据实验研究发现,酸碱度(pH)影响较大,酸性条件对H₂O₂生成反应有利.同时,测试了不同光源对该体系的影响,发现蓝光激发下H₂O₂的产量和平均生产速率最优.溶解氧的增加显著提高了H₂O₂的生成量,反之亦然.所选实际水体对H₂O₂的生成表现出不同程度的抑制.Cl^-、NO₂     

腐殖质及其模型化合物的H2O2光化学生成研究

在模拟太阳光下研究了多种腐殖质及其模型化合物的过氧化氢（H₂O₂）生成动力学,并对其生成机制进行了探讨.结果表明不同来源或不同形式的腐殖质在模拟太阳光照射下均能产生H₂O₂.不同腐殖质生成H₂O₂速率差异不大,范围为6.379~15.784nmol/（L·min）,腐殖酸生成H₂O₂速率略快于富里酸.对于腐殖质模型化合物,邻苯二酚、间苯二酚、对苯二酚、苯醌、邻茴香胺、对茴香胺、水杨酸和2,6-二甲氧基-1,4-苯醌等8种模型化合物没有产生明显的H₂O₂,而藜芦醇、对氨基苯甲酸、3,5-二羟基苯甲酸（DHBA）、2,5-二羟基-1,4-苯醌、苯酚、苯甲酸和苯胺等7种化合物均可检测到H₂O₂产生.但其产生H₂O₂的速率差异较大,相差1~2个数量级,生成H₂O₂速率最快的化合物为2,5-二羟基-1,4-苯醌和DHBA,较慢的为苯酚、苯甲酸和对氨基苯甲酸.基于腐殖质生成H₂O₂机制,推测典型模型化合物DHBA的H₂O₂生成机制可能为光照条件下该化合物跃迁为单重激发态,该激发态发生分子内电子转移,生成还原性自由基中间体,该中间体和O₂反应,生成了超氧负离子（O₂·^-）,随后与水中H⁺反应生成了H₂O₂.     

UV－H2O2法去除亚硝酸盐氮和氨氮的研究

用H₂O₂、紫外光(UV)辐射促进H₂O₂方法考察了水中NO-₂和NH+₄的氧化,结果表明,NO-O₂能被H₂O₂有效地氧化,而NH+₄不能被NO-₂和H₂O₂氧化,但UV辐射均有助于反应进行,使反应速率加快。      

自支撑阴极用于宽pH域原位产H2O2及其耦合UV降解卡马西平

阴极电催化实现宽pH域原位产H₂O₂颇具挑战性,但在高级氧化领域具有吸引力.为克服传统芬顿及电芬顿技术中反应pH的限制,以Cd作为牺牲金属,以碳布为基底,通过煅烧成功合成了一种可在宽pH （3～10）条件下,均能原位电催化合成H₂O₂的自支撑阴极氮掺杂碳材料[X/N@C-CC,X=550、750、950 （煅烧温度）],并在此基础上,通过UV活化H₂O₂产生氧化活性物种对卡马西平（CBZ）进行降解.结果表明：（1）通过煅烧法制备的阴极材料具有高氮掺杂量,煅烧温度对其氮掺杂量及种类有着较大影响,在最佳煅烧温度750℃条件下,氮含量为8.89%,且以吡啶氮和石墨氮形式存在.此外,煅烧温度对该阴极材料氧含量无明显影响,其表面均含有C=O、—COOH官能团;（2）催化材料的主要活性位点为吡啶氮、石墨氮以及—COOH等含氧官能团,且含氧官能团的存在,使其在碱性pH条件下亦有较好的电催化产H₂O₂性能;（3）在最佳条件下,7...     

铁酸锰活性炭阴极催化剂的制备与对微生物燃料电池产电性能的影响

微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)阴极的氧化还原反应能力对MFC的产电性能起着至关重要的作用,因此,本研究制备了铁酸锰/活性炭(MnFe₂O₄/AC)并对其进行材料学表征,研究其作为MFC空气阴极催化剂时产电和污水处理效果.研究表明,MnFe₂O₄和AC物质的量比为1:3时MFC电功率密度最高,达302.7mW/m².在峰值电压附近维持时间长达200h,维持时间是传统Pt/C催化剂MFC的4倍,库伦效率达到17.45%.在催化剂重复利用实验中发现,在相同的运行时间内,采用Pt/C催化剂的MFC电压下降明显,而采用MnFe₂O₄/AC催化剂的MFC电压基本保持稳定,证明了MnFe₂O₄/AC催化剂良好的循环稳定性.污水处理效果方面,MnFe₂O₄和AC物质的量比为1:3时处理效果最好,COD去除率达74.66%.因此,MnFe₂O₄/AC催化剂制备简单、价格低廉、电化学性能稳定,在提高MFC产电持久性方面具有实际意义.     

抗坏血酸强化含水层介质Fenton降解PNP研究

为解决Fenton技术在地下水有机污染的原位修复中铁基材料难注入、降低二次污染的问题,并拓宽适用的pH范围. 以含水层介质(aquifer medium,简称“AM”)中的铁矿物为铁源,综合考虑区域地下水系统分区、地质类型和地质时代,采集京津冀5处典型地区浅层含水层介质,以天然还原剂/配体-抗坏血酸(ascorbic acid,简称“AA”)为强化试剂,构建了AM/AA/H₂O₂体系,并探究该体系对硝基苯酚(PNP)的降解效能以及环境pH对PNP降解的影响,同时揭示了AM/AA/H₂O₂体系降解污染物的机制. 结果表明:①五处含水层介质主要为长石类介质和碳酸盐类介质,表面都均匀分布了一定量的铁矿物,且以长石类介质催化H₂O₂分解降解PNP效果较好. ②抗坏血酸可显著促进含水层介质催化H₂O₂分解降解PNP,反应40 h内PNP的去除率最高可在89.00%以上(TOC的去除率为84.03%),与未加抗坏血酸的体系相比提升了6.82倍. ③降解PNP的主要功能自由基为·OH,是由液相中经抗坏血酸络合的铁离子催化H₂O₂分解产生的. ④与传统Fenton体系相比,抗坏血酸可有效拓宽AM/H₂O₂体系适用的pH范围,初始pH在5~10的范围内对PNP的降解无显著影响. 研究显示,AM/AA/H₂O₂体系在地下水有机污染的原位修复中具有较大的应用潜能.