电助光催化氧化过程中羟基自由基（OH·）的定量分析

电助光催化氧化技术是一种增强型的光催化氧化技术,应用前景广阔.对电助光催化氧化过程中产生的羟基自由基(OH·)进行定量分析对进一步探讨电场辅助作用机理十分重要.以对氯苯甲酸为探针化合物对电助光催化氧化过程中的OH·进行定量分析,发现电助光催化氧化过程中的OH·浓度是普通光催化氧化过程的2倍.对苯甲酰胺进行电助光催化氧化降解试验,求得了苯甲酰胺与羟基自由基的二级反应动力学常数.研究还对电场辅助作用机理进行了分析.     

光电催化氧化法降解藻毒素MCLR

使用DSA阳极,对光电催化氧化降解藻毒素MCLR的效能及其影响因素进行了研究。结果表明,电极表面的TiO2在光催化氧化降解MCLR的过程中发挥了明显的光催化作用。在光降解、电催化氧化、光催化氧化和光电催化氧化4个过程中,光电催化氧化对MCLR和TOC的去除率最高,分别可达100%和13%,并且光电催化氧化的去除率大于光催化氧化和电催化氧化之和,表明后两者的耦合过程产生了一定的协同作用。辐照光源和电流密度存在最佳匹配条件,分别为UVC辐照、电流密度10 mA/cm2和UVA辐照、电流密度1.0 mA/cm2,此条件下光电协同作用最显著。在光电催化氧化过程中,随极板间距增大而出现的去除率下降取决于电催化过程,而不是光催化过程;光电催化氧化MCLR的去除率随其初始浓度增加而减小。     

超声波-光催化联合降解苯酚废水研究

超声降解和光催化降解均为自由基历程的高级氧化技术,同时,超声空化能够改善传质效果,因此,二者耦合能否产生协同效果是值得研究的。本文考察了苯酚溶液的超声降解、光降解、光催化降解、超声-光催化降解以及温度对光降解和光催化降解的影响。结果表明,40kHz,0.4w/cm2的超声波对苯酚没有明显的降解作用,而对光催化降解只有轻微的促进作用。光降解和光催化降解的过程曲线显著不同,但温度对二者均有显著的促进作用。     

超声波—光催化联合降解苯酚废水研究

超声降解和光催化降解均为自由基历程的高级氧化技术，同时，超声空化能够改善传质效果，因此，二者耦合能否产生协同效果是值得研究的，本文考察了苯酚溶液的超声降解、光降解、光催化降解、超声-光催化降解以及温度对光降解和光催化降解的影响，结果表明，40kHz,0.4W/cm^2的超声波对苯酚没有明显的降解作用，而对光催化降解只有轻微的促进作用。光降解和光催化降解的过程曲线显著不同，但温度对二者均有显著的促进作用。     

非均相催化臭氧氧化深度处理炼油废水

采用非均相催化剂催化臭氧氧化处理炼油废水,考察了催化剂负载率、p H、催化剂投加量和臭氧投加量及反应时间对处理效果的影响。结果表明,组合工艺最佳工艺条件为:催化剂负载率2.1%、p H 9、催化剂投量80 g/L、臭氧投量8.1 mg/L、反应时间60 min,COD、石油类、NH3-N、硫化物和SS去除率分别为91.3%、92.7%、80.5%、34.5%和59%。处理炼油废水过程中组合工艺存在明显协同效应,协同因子为1.47。中间臭氧氧化和催化臭氧氧化在最优工艺条件下对炼油废水COD的降解均符合准一级动力学规律。基于叔丁醇的实验结果,结合降解动力学可以推测,降解炼油废水过程中非均相催化剂催化臭氧产生高活性羟基自由基是降解效率提高的主导因素。     

微生物燃料电池驱动的光电催化降解甲基橙

实验制备出了具有光催化性能的Cu2O纳米线电极,对比研究了Cu2O电极在光催化、微生物燃料电池驱动的电催化和微生物燃料电池驱动的光电催化反应过程中对甲基橙溶液的降解效果的影响。实验结果表明,微生物燃料电池驱动的光电催化反应对甲基橙的降解效果最好,当溶液p H为3、外加偏压为0.7 V、反应时间为40 min时,对甲基橙的降解率可以达到83%。实验首次利用微生物燃料电池作为外界驱动电压光电协同降解了甲基橙,证明在微生物燃料电池产生的较低电压也可以对光电极催化降解污染物的效率有提升。     

ZnIn_2S_4可见光催化降解氟伐他汀的性能与机理

以氟伐他汀为目标污染物,以功率为500 W的长弧氙灯为光源,通过水热法制备可见光催化剂ZnIn_2S_4,研究ZnIn_2S_4对氟伐他汀的光催化降解性能,考察了氟伐他汀初始浓度、ZnIn_2S_4投加量、溶液pH对ZnIn_2S_4光催化降解氟伐他汀性能的影响。通过原位捕获实验确定ZnIn_2S_4可见光催化降解氟伐他汀过程中产生的自由基,通过液相色谱-离子阱-飞行时间质谱(LCMS-IT-TOF)来鉴别降解过程的中间产物,提出氟伐他汀可能的降解路径及机理。结果表明:ZnIn_2S_4光催化降解氟伐他汀的最佳条件为氟伐他汀初始浓度10 mg·L~(-1)、催化剂投加量0.2 g·L~(-1)、pH接近5,在最佳条件下氟伐他汀的降解率可达到83.6%,矿化率可达到45.8%。原位捕获实验结果表明,超氧自由基是在ZnIn_2S_4可见光催化降解氟伐他汀过程中起主要氧化作用的活性自由基,羟基自由基和过氧化氢对氟伐他汀的降解起到了辅助作用。氟伐他汀的降解机理是超氧自由基为主、羟基自由基和过氧化氢为辅联合攻击环状结构与直链相连的C-N键、C-C键以及直链和环状结构中的C=C键,生成小分子的环状有机物、直链有机物以及羟基化衍生物,中间产物进一步被氧化并最终被分解成CO_2和H_2O。     

三维粒子电极处理染料废水的效能及机制

以自制的负载Sb掺杂Sn O2的陶瓷颗粒为粒子电极,构建三维电极体系,对其处理活性艳红X-3B废水的效能进行研究,并借助于循环伏安曲线、羟基自由基的荧光光谱检测技术对三维粒子电极体系的电催化氧化机制进行研究。结果表明,优化槽电压为13 V,处理时间为60 min时,三维电极体系对活性艳红X-3B废水的COD去除率和相应能耗分别为85.6%与16.8 k W·h/(kg COD),与二维电极体系相比COD去除率提高了32.9%,能耗降低了33.3%。UV-Vis吸收光谱分析表明电催化氧化技术可以破坏活性艳红X-3B分子中的偶氮键、苯环和萘环,将大分子降解为小分子。电催化氧化机制研究表明,在本实验条件下三维电极主要通过间接氧化而不是直接氧化提高电催化氧化效能,即在三维粒子电极体系中羟基自由基的产生量多于二维电极体系,从而实现高效低耗处理活性艳红X-3B废水。     

可见光光电-Fenton体系中TiO2薄膜电极的制备及应用

采用可见光光电-Fenton体系对罗丹明B模拟废水进行处理。探讨了自制电解液、阳极氧化时间、煅烧温度、煅烧时间因素对阳极材料-TiO2薄膜电极的制备的影响,以及以此为阳极材料的可见光光电-Fenton体系对污染物的降解效果和光电协同作用,并通过响应面优化实验对制备条件优化。在单因素实验得到了参数取值的粗略范围的基础上,通过响应面优化实验得到了最优的制备条件:电解液0.5%NH4F丙三醇溶液、阳极氧化时间93.26 min、煅烧温度602.89℃、煅烧时间127.49 min,模拟出在该条件下的光电-Fenton去除率为70.78%;对此条件下的TiO2薄膜电极进行光催化和电-Fenton实验,得到光电协同因子为1.92;各因素对光电-Fenton去除率影响大小关系为:阳极氧化时间>煅烧时间>煅烧温度。响应面模型3次验证实验的误差均在5%以内,模型可用。     

羟基氧化铁催化臭氧氧化去除水中阿特拉津

以实验室制备的羟基氧化铁(FeOOH)为催化剂,研究了其催化臭氧氧化去除水中痕量阿特拉津的效能,并对影响催化效果因素及降解机理进行了探讨。在本实验条件下,反应8 min时催化氧化阿特拉津的去除率比单独臭氧氧化高出63.2%,而FeOOH对阿特拉津的吸附量很小,结果表明,FeOOH对臭氧氧化水中的痕量阿特拉津具有明显的催化活性。探讨了催化剂投量、pH、阿特拉津初始浓度和重碳酸盐碱度对催化氧化阿特拉津的影响。催化剂最佳投量为150 mg/L,去除率随pH和阿特拉津初始浓度的增加而升高,重碳酸盐浓度为200 mg/L时催化作用受到明显抑制。通过研究叔丁醇对催化反应的影响间接推断了催化反应的机理,叔丁醇作为羟基自由基抑制剂有效地抑制了水中羟基自由基的生成和它对阿特拉津的氧化反应,间接证明这种催化作用遵循羟基自由基的反应机理。     

催化臭氧氧化降解PCB有机废液及其机理

为了高效、快速治理高浓度难降解PCB(printed circuit board)有机废液,研究了氧化钙非均相催化臭氧氧化降解PCB废液的催化机理和催化性能。采用叔丁醇淬灭自由基实验和水杨酸羟基化实验探究催化机理;通过GC/MS研究了PCB废液中有机物可能降解途径;通过单纯形优化法对实验因素进行优化,并通过XRD和BET探究催化剂的循环稳定性。结果表明:氧化钙非均相催化臭氧氧化过程遵循羟基自由基机理;在pH为12.97、CaO质量为1.0 g、废液深度为11 cm、降解时间为150 min、臭氧用量为120 mg·min~(-1)时,COD去除率可达到90.045%;氧化钙经过5次循环后,废液的COD去除率没有显著降低,从92.78%降低至84.04%。CaO应用于催化臭氧氧化过程处理高浓度且难降解的PCB废液,能维持良好的催化性能和循环稳定性,具有良好的应用前景。     

无机阴离子对催化臭氧氧化邻苯二甲酸的影响

考察了重碳酸根离子(HCO_3~-)、磷酸根离子(PO_4~(3-))、硫酸根离子(SO_4~(2-))和硝酸根离子(NO_3~-)等自然水体中常见的无机阴离子对非均相催化臭氧氧化邻苯二甲酸(PA)的影响。结果表明,能够捕获羟基自由基(HO·)的HCO_3~-对羟基氧化铁催化臭氧氧化体系影响很大,会明显抑制该体系对PA的降解,而对氧化铈催化臭氧氧化体系基本没有影响。PO_4~(3-)和SO_4~(2-)对2个体系中PA的降解均有很大的抑制效果,而NO_3~-对此影响甚少。从这些无机阴离子的影响可以侧面证明羟基氧化铁催化臭氧氧化遵循羟基自由基机理,而氧化铈催化臭氧氧化PA主要依靠络合作用。     

电催化氧化对制药废水二级出水的深度处理效能

以制药厂未达标二级出水为研究对象,采用二维和三维电催化氧化作为深度处理方法,考察了电催化氧化对制药废水深度处理效能。结果表明,二维和三维电催化氧化均能降低出水COD和色度,实现出水达标排放。在电流密度为7.5 m A·cm~(-2),电催化反应60 min时,与二维电催化反应器相比,三维电催化反应器可使COD去除率提高23.1%,色度降低20度,能耗降低8.2 k Wh·(kg COD)~(-1)。三维电催化体系内羟基自由基生成速率常数比二维电催化体系高2.38倍,这是三维电催化体系比二维电催化体系更具有效率高、能耗低的优势的本质原因。     

N掺杂TiO_2可见光催化降解有机物机理研究

实验研究了掺杂N的TiO2光催化剂在可见光下对有机物的降解机理,研究方法有：加入自由基俘获剂探索对反应速率的影响、有机物降解过程TOC与脱色比较,化学探针法测定了实验中存在的HO.。结果表明,有机物在脱色的同时苯环也在断裂,说明有机物的降解是受无选择性的氧化剂攻击而完成;除亚甲基蓝以外,加入自由基俘获剂对可见光反应速率均有抑制现象,证明自由基的攻击是有机物可见光催化降解的主要途径。分别以二甲基亚砜和水杨酸为分子探针,实验结果证明了光催化反应系统中存在HO.物种,前者与HO.反应形成特定的偶氮结构有机物在425 nm处有吸收,后者与HO.反应生成2,3-二羟基苯甲酸和2,5-二羟基苯甲酸。亚甲基蓝、苯酚和水杨酸经5 h的可见光催化降解后,其TOC分别降低了62.8%、78.9%和96.0%,说明掺杂N的TiO2有较强的可见光催化降解有机物能力。     

N掺杂TiO2可见光催化降解有机物机理研究

实验研究了掺杂N的TiO2光催化剂在可见光下对有机物的降解机理,研究方法有:加入自由基俘获剂探索对反应速率的影响、有机物降解过程TOC与脱色比较,化学探针法测定了实验中存在的HO.。结果表明,有机物在脱色的同时苯环也在断裂,说明有机物的降解是受无选择性的氧化剂攻击而完成;除亚甲基蓝以外,加入自由基俘获剂对可见光反应速率均有抑制现象,证明自由基的攻击是有机物可见光催化降解的主要途径。分别以二甲基亚砜和水杨酸为分子探针,实验结果证明了光催化反应系统中存在HO.物种,前者与HO.反应形成特定的偶氮结构有机物在425 nm处有吸收,后者与HO.反应生成2,3-二羟基苯甲酸和2,5-二羟基苯甲酸。亚甲基蓝、苯酚和水杨酸经5 h的可见光催化降解后,其TOC分别降低了62.8%、78.9%和96.0%,说明掺杂N的TiO2有较强的可见光催化降解有机物能力。     

TiO_2纳米管光催化处理络合银:Ag(I)与配体协同机制

以纳米Ti O2为原料,采用水热合成法制备Ti O2纳米管,以XRD、FT-IR和SEM进行表征。XRD表明Ti O2纳米管主要为锐钛矿相;FT-IR表明制备材料含有丰富的羟基;SEM表明材料分散均匀、不易团聚,比原料具有更大的比表面积。在300 m L/min空气曝气、p H=3、T=(26±0.5)℃和300 W紫外光照的条件下,进行光催化降解EDTA-Ag(I)和DTPA-Ag(I)的实验。结果表明,制备的催化材料对含络合银废水的处理具有较高的光催化活性,金属银的去除率和EDTA、DTPA的降解率都达到95%以上,反应近似符合一级模型;有机配体的光催化氧化与Ag(I)的光催化还原之间具有明显的协同效应。     

Fenton试剂协同TiO_2光催化降解三氯乙酸及协同机理

为了研究Fenton试剂协同TiO2光催化降解三氯乙酸(TCAA)的反应及其协同机理,在自制的光催化反应装置中分别考察了Fenton、UV/TiO2及Fenton/UV/TiO23个反应对TCAA的降解情况。研究结果表明,在TCAA初始浓度为2.0 mg/L,TiO2用量为1.0 g/L,紫外辐射光源为15 W(λmain=254 nm)的实验条件下,Fenton试剂协同TiO2光催化降解TCAA反应在pH 3~7范围内均有较高的降解率;TCAA在Fenton、UV/TiO2及Fenton/UV/TiO23个反应中的一级反应速率常数分别为0.0009、0.0131和0.0456 min-1;Fenton试剂与TiO2光催化反应间存在较明显的协同效应,其协同机理主要体现在两个方面:一是紫外光激发Fe(OH)2+和H2O2分解产生更多的·OH,二是Fenton试剂中部分被氧化成的Fe3+可与TiO2表面的光生电子结合被还原为Fe2+,抑制了光生电子与空穴的复合,从而提高了TiO2光催化降解TCAA的效率。     

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.     

天然锰矿催化臭氧氧化降解水中4-氯酚的研究

以天然锰矿为金属催化剂,研究了锰矿催化臭氧氧化水中4-氯酚的降解效果。采用毛细管电泳方法及色质联用技术．分别对反应的中间产物和终产物进行了分析。推测了锰矿催化臭氧氧化水中4-氯酚的降解反应机理可能为：锰矿的吸附氧化与锰矿生成的Mn^2 催化臭氧分解．产生更多高活性的羟基自由基．从而提高了臭氧的氧化能力。     

光反应器中UV/Fenton光降解湖水中微囊藻毒素的研究

在光催化反应器中,采用UV/Fenton光催化氧化技术,对湖水中微囊藻毒素的光催化降解过程中各影响因子分析表明:微囊藻毒素光催化氧化降解率受光照强度、氧化剂种类及浓度、溶液pH和不同光催化体系等多因素的影响.光促催化氧化体系对MC-LR藻毒素降解具有显著的作用,在紫外光与氧化剂的协同作用下,紫外光照强度越高,越易于促进MC-LR藻毒素快速降解,降解率可到达80%以上.