Characterization of electrode fouling during electrochemical oxidation of phenolic pollutant

• Electrode fouling is characterized by non-destructive characterization. • Electrode fouling is highly dependent on electrochemical process. • Active chlorine can prevent the formation of polymeric fouling film. Electrode fouling is a problem that commonly occurs during electro-oxidation water purification. This study focused on identifying the fouling behavior of Pt electrode associated with the formation of polymeric layer during electro-oxidation of phenol. The in situ electrochemical measurements and non-destructive observation of the electrode morphology were reported. The results demonstrated that the electrode fouling was highly dependent on thermodynamic process of electrode that was controlled by anode potential. At anode potential lower than 1.0 V vs SHE, the direct electro-oxidation caused the electrode fouling by the formation of polymeric film. The fouling layer decreased the electrochemically active surface area from 8.38 cm² to 1.57 cm², indicated by the formation of polymeric film with thickness of 2.3 mm, increase in mass growing at a rate of 3.26 μg/cm²/min. The degree to which the anode was fouled was independent of anion in the electrolyte. In comparison, at anode potential higher than 2.7 V vs SHE, the anions (e.g., chloride) could exert a major influence to the behavior of electrode fouling. The presence of chloride was shown to mitigate the fouling of electrode significantly through preventing the formation of polymeric film by active chlorine (e.g., Cl• and Cl₂) produced from anodic oxidation of chloride. Since chloride is the most abundant anionic species existing in both natural and engineered water system, this study not only offers a deep insight into the mechanism of electrode fouling, but also suggests strategies for anti-fouling in the presence of chloride in electro-oxidation process.     

无机离子对左旋葡聚糖光降解的影响

左旋葡聚糖(LG)被广泛作为生物质燃烧的示踪剂.然而,近年来研究表明左旋葡聚糖在大气中不稳定而会发生光降解.此外,对于大气中含量较高的SO₄^2-、NO₃-、NO₂-无机离子对LG光解的影响罕有报到.为此,本文模拟了液相中SO₄^2-、NO₃-、NO₂-对LG光氧化行为的影响.结果表明,Na2SO₄、NaNO₃、NaNO₂条件下LG光解速率常数分别为0.208、0.182、0.165 min^-1,均低于对照组(0.266 min-1),这表明无机离子的存在会减缓LG光降解速率.此外,这3种无机离子对LG光解产物中的低分子脂肪酸分布,甲酸/乙酸(C1/C2)比率均有重要的影响.其中,SO₄^2-存在下产物中戊二酸较多、NO₃-存在下产物中甲酸较多、NO₂-存在下产物中乙酸较多;NO₂-存在下产物中的C1/C2比率小于1与一般二次源中的C1/C2比率不一致,这表明由单一反应引起的C1/C2并不总是大于1.这些结果对于我们深刻理解大气液相中的有机物转化具有重要的参考价值.     

DOM对沉积物悬浮颗粒吸附铜的促进作用及机制

沉积物悬浮颗粒对重金属吸附是重金属在湖泊中迁移的关键环节,受到多种环境条件的影响.为了探究溶解性有机质（dissolved organic matter,DOM）对沉积物悬浮颗粒吸附Cu （Ⅱ）的影响及作用机制,通过室内模拟沉积物悬浮液进行Cu （Ⅱ）吸附试验.结果表明,两种DOM （富里酸和沉积物DOM）不同程度地促进了Cu （Ⅱ）在悬浮颗粒上的吸附;吸附48 h后,吸附百分比从71.51%分别提高到了75.31%和85.69%.扫描电子显微镜-能谱结果显示,在DOM的影响下,Cu （Ⅱ）被吸附后存在于沉积物颗粒内部.紫外-可见光谱技术分析结果表明,在吸附反应过程中,Cu （Ⅱ）与DOM存在先络合后解离的过程.荧光激发发射矩阵结合平行因子分析、同步荧光光谱结合二维相关分析的结果表明,类蛋白组分能够促进Cu （Ⅱ）在沉积物悬浮颗粒上的吸附,其中类酪氨酸组分在促进Cu （Ⅱ）被沉积物颗粒吸附沉淀过程中优先发挥作用,而类腐殖酸组分几乎没有促进吸附作用.完善了湖泊重金属迁移的相关理论,为沉积物重金属污染防治提供了一定的依据.     

天津市环境空气中细粒子的污染特征与来源

于2006年8─12月,在天津市中心城区采集细粒子(PM_2.5)并测定其中水溶性无机离子和元素的质量浓度,应用因子分析与多元线性回归技术解析PM_2.5的来源. 结果表明:ρ(PM_2.5)月均值为103.9～217.4 μg/m3,呈冬季最高、夏季最低的特征. 水溶性无机离子质量浓度占ρ(PM_2.5)的比例为24.90%～49.76%,其中ρ(SO₄2－),ρ(NO₃－),ρ(NH₄+)与ρ(Cl－)之和约占离子总质量浓度的90%. 在夏季,二次粒子质量浓度占ρ(PM_2.5)比例最大,这与SO₂向SO₄2-,NO₂向NO₃-的转化率升高有关. PM_2.5中Cl富集主要与燃煤等人为排放有关, 海盐源对Cl－的贡献不足20%. 天津PM_2.5中含量最高的元素为Si,约占元素总质量浓度的28.4%. 微量元素中以Zn和Pb的含量最高,二者主要来自燃煤和机动车排放. 源解析结果表明,二次污染、化石燃料燃烧、土壤尘和建筑粉尘是天津市环境空气中PM_2.5的主要来源,贡献率分别为53.4%,25.8%,12.3%和8.6%.      

春节烟花爆竹燃放期间苏州市区PM2.5中水溶性离子特征分析

使用在线离子色谱分析了苏州市区春节期间PM2.5中水溶性离子.结果表明：春节期间存在2个空气污染高峰时段（初一和初五）,其中初一凌晨PM2.5达到最高峰,小时质量浓度为571μg/m3;烟花爆竹集中燃放时段,PM2.5中K＋、Cl-、Mg2＋质量浓度明显上升,初-凌晨与腊月三十凌晨相比,K＋、Cl-、Mg2＋质量浓度分别增加了117倍、80.7倍、18.0倍;相关性分析表明,PM2.5中K＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋在烟花爆竹燃放时段可能具有相同的来源.     

霾天气南京市大气PM_(2.5)中水溶性离子污染特征

为了讨论南京市大气细颗粒物(PM2.5)及水溶性组分在霾天气下的污染水平和污染特征,2007年6月10日至2008年5月29日对南京市大气细粒子PM2.5进行了采样,用PM2.5在线监测浓度、离子色谱法等分别测得PM2.5的质量浓度、水溶性离子组成,初步研究了南京市大气细粒子(PM2.5)及水溶性组分在霾天气下的污染水平和污染特征。结果表明,南京市大气细颗粒物污染严重,霾天气下PM2.5中总水溶性离子质量浓度为54.28μg/m3,为非霾天气的1.6倍。分析的6种离子中SO42-、NO3-、NH4+是PM2.5的主要组成成分。灰霾期间PM2.5与NO3-、SO42-、NH4+的相关性较高,PM2.5中颗粒物的主要存在形式可能为NH4Cl、NH4NO3,(NH)42SO4或NH4HSO4。对比不同季节不同天气下的SOR(SO2转化率)和NOR(NOx转化率),发现霾天气下SO2和NOX转化率高于正常天气,表明SO2、NO2在霾天气更容易转化为二次粒子。     

南京北郊水溶性离子污染特征及其光学特性

为了分析南京北郊水溶性离子污染特征及其消光贡献,于2017年3月15日~4月15日、7月和10月开展了PM_2.5观测实验,分析了南京春夏秋3个季节的PM_2.5及其组分浓度特征、水溶性离子及其前体物转化特征以及水溶性离子的光学特性.结果表明,采样期间PM_2.5的质量浓度为（93.8±40.3）μg/m³,其中54.2%为水溶性离子,其总质量浓度为（50.9±25.6）μg/m³,而二次水溶性离子（SNA）占水溶性离子的76.8%.各水溶性离子组分分布为：NO₃^- > SO₄^2- > NH₄⁺ > Ca²⁺ > Cl^- > NO₂^- > K⁺ > F^- > Mg²⁺ > Na⁺.在季节变化上,PM_2.5和主要水溶性离子均为春季高,夏季低,但夏季NO₃^-4^2-.硫转化率（SOR）和氮转化率（NOR）在采样期的均值分别为0.38、0.22,这说明南京有较强的二次转化过程.采样期间,平均[NO₃^-]/[SO₄^2-]的值为1,这说明水溶性离子主要来源于移动源的排放.通过IMPROVE公式计算的大气消光系数低于实际值,但能够较为准确的反映出南京消光系数的趋势.各组分消光贡献从大到小分别为（NH₄）₂SO₄（38.9%）、NH₄NO₃（36.7%）、POM（13.6%）、EC（9.3%）、NO₂（1.5%）.其中SNA的消光贡献占70%以上,春季的SNA消光贡献最大,而夏季的最小.     

春节期间南京气溶胶质量浓度和化学组成特征

为研究春节期间燃放烟花爆竹对城市大气气溶胶质量浓度和化学组成分布特征的影响,对南京市2012年1月19~31日大气气溶胶质量浓度和水溶性离子及重金属等化学成分进行了观测.结果表明:烟花爆竹的大量集中燃放可使PM1.0的浓度以15.5μg/(m3·h)的速率增长;并使得能见度以1.625km/h的速率急剧下降.质量浓度谱和水溶性离子谱在燃放期均为三峰型分布,在非燃放期为双峰型分布.燃放期PM2.1和PM1.1中的K+、SO42-、NO3-、Cl-和Mg2+所占的比例比非燃放期升高了16%~38%,其他离子浓度变化不大.对于0.2~2.0μm的气溶胶,春节期间硝酸盐、含锌和含铜颗粒主要来自烟花爆竹燃放,含钾颗粒部分来自烟花爆竹燃放,含铅颗粒来自工业排放,烟花爆竹的燃放基本不产生硫酸盐颗粒.     

不溶性腐殖酸对重金属离子的吸附研究

讨论了不溶性腐殖酸(IHA)对水中重金属pb2 、Cd2 、Cu2 的吸附去除作用.将可溶性腐殖酸进行改性处理,制备了不溶性腐殖酸,并应用差热分析(TG-DTA)、扫描电镜(SEM)等测试手段对其热性能及微观形貌进行了分析表征.研究了不溶性腐殖酸对水溶液中的Pb、Cd、Cu等重金属离子的吸附特征.吸附等温线分别以Linear,Frendlich和Langmuir方程进行拟合,结果显示吸附的最佳模型为Frendlich方程.利用该方程拟合的数据,由Clausius-Claperyon's方程计算出的pb2 、Cd2 、Cu2 吸附焓变值说明,重金属在不溶性腐殖酸上的吸附以物理吸附为主.同时考察了温度、酸度及吸附时间对吸附的影响.结果表明,随着温度的升高和pH值的增大,不溶性腐殖酸对pb2 、Cd2 、Cu2 的吸附量增加.随着pH的增加,在近中性条件下不溶性腐殖酸对重金属离子的吸附率高且稳定.当pH=7时,在实验浓度范围内pb2 、Cd2 、Cu2 在不溶性腐殖酸中的吸附率分别为98.73%,97.86%,99.25%.吸附进行12 h以后,吸附作用基本达到平衡.不溶性腐殖酸对重金属离子具有强烈的吸附作用且吸附率稳定,可以广泛用于去除污水中的重金属离子.     

汉中市秋季PM_(2.5)昼夜变化特征

为探讨汉中市秋季PM_(2.5)昼夜变化特征。于2015年9月7日至9月17日利用中流量大气颗粒物采样仪在汉中市三个不同站点分昼夜采集PM_(2.5)滤膜样品,并分别利用热光碳分析仪(DRI—2011)和离子色谱(Dionex—600)分析PM_(2.5)中碳组分和水溶性离子组分,主要探讨PM_(2.5)及其碳组分和水溶性离子昼夜变化特征。结果显示:汉中秋季PM_(2.5)浓度低于国家空气质量一级标准;PM_(2.5)中主要化学组分包括SNA (硫酸盐、硝酸盐、铵盐)和有机类物质,白天和夜间占比分别达到32.3%、39.6%和28.9%、39.6%; PM_(2.5)颗粒物呈酸性。除SO_4~(2-)、Mg~(2+)和Ca~(2+)之外,PM_(2.5)及其化学组分均呈现夜间浓度高于白天的特征。离子的赋存形态分析表明:SO_4~(2-)更多以(NH_4~+)_2SO_4~(2-)的形式存在于PM_(2.5)中。本文相关结果可为地方环保政策的制定提供参考和基础数据。