电-Fenton技术中H2O2积累强化的研究现状及展望

电-Fenton技术因原位电化学合成H₂O₂、电循环Fe²⁺/Fe³⁺而在水处理领域备受关注.阴极2电子氧还原（ORR）电合成H₂O₂反应决定着·OH形成速率及产量.本文首先从阴极电合成H₂O₂全过程角度阐明了阴极积累H₂O₂的原理,随后分别总结了近年来在电-Fenton体系强化2电子ORR前驱体氧传质策略、提高2电子ORR电合成H₂O₂的反应活性/选择性方法、减小/抑制H₂O₂无效分解的途径.在此基础上,进一步总结了电-Fenton技术在环境中的应用,最后对电-Fenton的发展趋势进行了阐述.     

溶液浓差能驱动的逆电渗析有机废水氧化降解机理研究

将逆电渗析(RED)电极氧化还原反应作用于有机废水降解,可以达到利用低品位热氧化降解有机废水的目的.RED反应器阳极产生氧化反应生成的HClO及阳极表面直接电化学氧化反应对有机废水产生氧化降解作用,阴极发生电芬顿反应生成H_2O_2对有机废水产生氧化降解作用.为了验证溶液浓差能驱动的RED有机废水氧化降解工作机理,通过搭建一个由40对膜电池单元所构成的实验室规模的RED有机废水氧化降解反应器及相应的实验系统,对偶氮染料——酸性橙Ⅱ模拟废水进行氧化降解机理研究.通过3次重复性实验研究发现:在通过正交试验确定的最佳降解条件下,浓度为150 mg·L~(-1)各500 mL的酸性橙Ⅱ模拟废水分别流经RED反应器阴、阳两极,阴、阳极12 min酸性橙Ⅱ平均降解率分别可达90.14%和97.87%,20 min酸性橙Ⅱ平均降解率分别达到97.56%和99.81%.初步研究结果表明,溶液浓差能驱动的RED反应器对难生化降解有机物有较好的降解效果,为后续相关理论和实验研究提供了参考依据.     

Fe@Co/NC改性石墨毡在电芬顿体系降解EDTA-Ni的研究

采用Fe掺杂MOF前驱体ZIF-67(Fe@ZIF-67)为模版,通过煅烧制备了掺杂铁元素的金属有机框架衍生物(Fe@Co/NC).同时,首次采用Fe@Co/NC复合材料改性的石墨毡(Fe@Co/NC/GF)为阴极和石墨毡(GF)为阳极构建了电芬顿体系,研究了复合电极对络合重金属EDTA-Ni的去除效果.结果表明,Co/Fe、N掺杂的碳基催化剂具有高含量的吡啶氮(2.42%)和石墨氮(3.23%),提供了大量催化活性位点(C—N、Co—N_x),从而有效改善了催化剂氧还原的性能.在pH为3,Na_2SO_4浓度为0.1 mol·L~(-1),应用电流为40 mA的最佳条件下,反应120 min后,Fe@Co/NC/GF电芬顿体系对EDTA-Ni的降解率达到了97.4%,且有效拓宽了pH的应用范围.     

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.      

Combination of the direct electro-Fenton process and bioremediation for the treatment of pyrene-contaminated soil in a slurry reactor

A combined treatment technology (DEF-BIO) using the direct electro-Fenton (DEF) process and bioremediation (BIO) was established in this study. The performance of the DEF-BIO process on the remediation of a pyrene (PYR)-contaminated soil was evaluated in a slurry reactor. The appropriate order of application was to conduct the DEF process followed by BIO, evaluated through analysis of the degradation characteristics of each process individually. In addition, the application time of the DEF process affected the efficiency of the combined process. The optimum time to apply the DEF process was determined through an analysis of the induced changes in PYR intermediates, pH, soil organic matter (SOM) and bacteria. The optimum application time of the DEF process was 6 h. All the induced changes were beneficial for the BIO phase. The removal of PYR was 91.02% for DEF–BIO after 72 h, and the efficiency was almost 50% increased, compared with the individual DEF and BIO treatments. Therefore, the combined process of DEF–BIO process may be an efficient and promising method for the remediation.     

碳基复合电极制备和电Fenton降解4-氯酚研究

研究了石墨-PTFE和活性炭-PTFE复合电极的制备工艺,并以4-氯酚模拟废水为对象,比较了石墨-PTFE和活性炭-PTFE复合电极的吸附和电Fenton性能。结果表明,活性炭-PTFE复合电极的吸附性能优于石墨-PTFE复合电极,而石墨-PTFE复合电极的电Fenton处理效果则明显优于活性炭-PTFE复合电极。在实验条件下,电Fenton反应时间为125min时,活性炭-PTFE复合电极的4-氯酚去除率仅为5.79%,而石墨-PTFE复合电极对4-氯酚的去除率高达94.48%。     

Fenton试剂处理六氯苯废水的试验研究

研究了采用Fenton法处理六氯苯模拟废水的方法以及Fenton法处理六氯苯的影响因素。研究结果显示:在H2O2(30%)投加量为500mg/L,Fe2 投加量为1000mg/L,pH=2.5的条件下,经过4h的反应,废水中HCB去除率可达51.65%。     

六氯苯污染底泥的电Fenton修复的可行性分析

在试验数据的基础上,结合已有研究成果,分析了电Fenton技术修复含HCB的底泥的有效性、环境适用性、操作可行性,并估算了其工程运行费用。从而认为电Fenton技术对含HCB底泥的修复是可行的。     

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。     

电Fenton联用电絮凝处理晚期垃圾渗滤液

采用电Fenton联用电絮凝工艺处理晚期垃圾填埋场的渗滤液,研究最佳工艺处理条件,并考察处理前后出水的理化指标及对斑马鱼胚胎毒性的变化.结果表明,在三电极电解体系中分别以铸铁为阴阳电极、甘汞为参比电极,操作电压1V、2mLH2O2和pH =3时,300 mL渗滤液经电Fenton工艺处理60 min后,出水COD去除效率接近90％,其余指标亦显著改善,但对斑马鱼胚胎发育仍显示一定毒性;之后在操作电压1V和溶液近中性时,联用电絮凝工艺继续处理30min,出水COD可达到国家排放标准,斑马鱼胚胎凝结率、孵化率、心包水肿和脊柱畸形发生率均与空白组无显著差异.结合理化分析与生物毒性评价,证实2种电化学工艺联用是一种经济有效的渗滤液处理工艺.