碳材料陰極改性及其電芬頓處理有機污染物研究.pdf

1、電芬頓（Electro-Fenton,EF）作為一種新型、高效、清潔的電化學高級氧化技術，近年來被廣泛研究應用于水中難降解有機污染物的處理。該技術可通過合適陰極氧氣還原原位產生H2O2，有效避免其在運輸、儲存方面存在的安全與經濟成本等問題。大量研究表明高效產H2O2的陰極及其反應器決定了電芬頓處理污染物的能效?；诖耍狙芯客ㄟ^對石墨氈陰極材料進行改性、金屬催化劑的負載篩選，及其旋轉反應器的構建，提升電芬頓反應氧氣利用率和電流效率，降低

2、了處理能耗，以促進該技術的應用。
　　以石墨氈為陰極，采用旋轉雙陰極供應氧氣代替?zhèn)鹘y(tǒng)的曝氣，構建了新的無需曝氣電芬頓反應器?？疾炝穗姌O旋轉速度、電流密度和pH值對產H2O2性能的影響。在電流密度50A/m2、轉速10rpm、pH3條件下，H2O2濃度在1 h可達108mg/L，約為轉盤靜止(37mg/L)條件下的3倍。在轉盤旋轉條件下，25mg/L的甲基橙(MO))可在15min完全去除；降解2h后的總有機碳去除效率達到58.7％

3、，較轉盤靜止(14.9%)條件下高3倍。圓盤旋轉陰極無需曝氣而提高H2O2的產生效率，為有機污染物處理提供了高效低成本的新途徑。
　　研究了聚四氟乙烯和炭黑對石墨氈陰極的改性，研究其產雙氧水的性能、穩(wěn)定性和對pH的適應性，并進行電芬頓降解染料的研究。最佳炭黑和PTFE的質量比為1：5時，原位產H2O2性能提高了10.7倍，對電流密度、O2流量和pH值等因素，與改性之前有顯著差異，改性陰極表現(xiàn)了更穩(wěn)定的性能，可在較寬的pH和氧流量范

4、圍內使用。在電流密度為50A/m2、初始pH值為7，不曝氣的條件下，H2O2濃度最高可達472.9mg/L。改性電極經10次重復使用后，H2O2濃度仍然可達最初的90%以上。50mg/L的MO可在15min之內完全去除，而在2h總有機碳去除效率達到95.7%，是未改性電極（23.3%）的4倍。這種改性陰極無需曝氣，而大大提高了過氧化氫的產率，實現(xiàn)了高效低耗電芬頓降解有機污染物。
　　將鈷、鐵、鈰等金屬分別負載到改性陰極上制備了多種

5、非均相催化劑，通過類芬頓反應催化過氧化氫產生羥自由基降解污染物，構建非均相電芬頓體系。結合掃描電鏡、線性掃描伏安等分析結果表明，當硝酸鈷、硝酸鐵和硝酸鈰和炭黑的質量比為1%，硝酸銅和炭黑粉末的質量比為0.5%時，在pH=3和pH=5的條件下，甲基橙去除率有較大的提高，大大提升了電芬頓反應的降解性能。基于上述考察的金屬中，Co負載的陰極電芬頓去除甲基橙性能最佳，在pH=3和pH=5的條件下，降解速率常數(shù)分別為GF和GF-C電極的5-7和1

6、0-13倍，是其他金屬負載陰極的3-4倍左右。在pH=9和pH=11時，GF-C和GF電極處理MO的效果較負載金屬電極下降明顯。pH在近中性條件下,GF-Co、GF-Fe、GF-Ce、GF-Cu、GF-C和GF的MO降解率分別為94.3%、87.6%、73.1%、61.5%、29%和10%。表觀速率常數(shù)依次為0.022s-1、0.016s-1、0.013s-1、0.01s-1、0.004s-1和0.0011s-1。負載金屬的石墨氈陰極在

7、較廣闊的pH值范圍（3～11）都表現(xiàn)出良好的降解甲基橙的能力，實現(xiàn)了非均相電芬頓高效處理污染物。
　　以輥壓法制備了炭黑/聚四氟乙烯空氣陰極，與傳統(tǒng)涂刷法制備的空氣陰極的性能作了對比，并優(yōu)化了該電極產雙氧水的主要影響因素（炭黑和PTFE質量比、電流、pH值和空氣流速）。結果表明，輥壓法制備陰極工藝中，以炭黑和PTFE質量比為1.5∶1的空氣擴散電極性能最佳，且優(yōu)于涂刷法制備的空氣陰極。在pH=7、Na2SO4濃度0.1mol/L、