阴极类电芬顿法电极材料的制备及其在有机污染物降解中的应用

发布时间：2020-03-17 22:27

【摘要】：化学工业的迅速发展导致了大量难降解有机污染物的产生,严重污染了水环境。电芬顿法作为高级氧化技术的一种,因其具有反应条件温和、设备简单、适用范围广等优点被广泛应用于含难降解有机污染物的污水处理中。本文制备了三种复合阴极,分别为还原石墨烯/碳毡(reduced Graphene Oxide/Cabon Fiber,rGO/CF)、α-Bi_2Mo_3O_(12)-rGO/CF、γ-Bi_2MoO_6/CF,通过SEM、XRD、FTIR、EIS和CV对各个阴极材料进行了形态、结构和电化学表征,考察了该阴极对溶解氧电化学还原产生过氧化氢的催化作用,并将其应用于类电芬顿体系中降解有机废水,优化了各体系生成H_2O_2的电解条件,测定了各体系中产生的活性氧物种,探讨了污染物在阴极类电芬顿体系中的降解机制。在rGO/CF阴极电芬顿体系中,材料的EIS表征结果显示,rGO/CF电极的电阻明显低于CF电极。CV结果显示,rGO/CF电极对氧的电化学还原也有明显的催化作用。氧还原的本体电解结果表明,该体系有效地促进了H_2O_2的生成,在电流值为9 mA,pH 3.0,电解时间为180 min时,H_2O_2的生成量达到最大,为313.13μmol·L~(-1),明显高于CF体系的H_2O_2的生成量。对罗丹明B(Rhodamine B,RhB)的降解实验表明,当海藻酸铁(Ferric(III)Alginate,Fe(III)-Alg)存在时,该电芬顿体系对RhB降解效果明显,在最佳条件下RhB的降解率可达99.3%。RhB的紫外可见谱图分析结果显示,在电解过程中,RhB的共轭大?系统被破坏,分解为具有的芳香环结构的小分子物质。在α-Bi_2Mo_3O_(12)-rGO/CF阴极电芬顿体系中,材料的FTIR实验结果显示,α-Bi_2Mo_3O_(12)和rGO间有化学键合。EIS实验结果显示,α-Bi_2Mo_3O_(12)-rGO/CF电极的电阻明显低于α-Bi_2Mo_3O_(12)/CF电极。氧还原的本体电解结果表明,在电流值为12 mA,pH 3.0,通氧速率1.5 L·min~(-1),电解180 min时,H_2O_2的生成量达到最大,为602.25μmol·L~(-1),明显高于rGO/CF和α-Bi_2Mo_3O_(12)/CF阴极体系中H_2O_2的生成量。对硝基苯酚(P-nitrophenol,PNP)的降解实验表明,该电芬顿体系对PNP废水有较好的去除效果,在海藻酸铁微球存在下,PNP的降解率在最佳条件下,可达68.9%。PNP的紫外可见波谱显示,在电解过程中,PNP共轭结构和助色团羟基与硝基均遭到破坏,PNP降解为没有紫外吸收的小分子物质。在γ-Bi_2MoO_6/CF阴极电芬顿体系中,SEM实验结果显示,在pH 9.0条件下得到的γ-Bi_2MoO_6有规则片状形貌,EIS和CV实验结果也显示,pH 9.0条件下合成的γ-Bi_2MoO_6有较低电阻,且对氧的电化学还原有最明显的催化作用。氧还原的本体电解实验结果表明,当γ-Bi_2MoO_6在电极上的负载量为0.05 g,电解电流为9 mA,pH 3.0时,该体系中H_2O_2的生成量达到最大,为554.21μmol·L~(-1),明显高于CF阴极体系中H_2O_2的生成量。RhB的降解实验结果表明,该体系对RhB降解效果明显,在最佳条件下可达99.1%。体系中对RhB的降解起主要作用的为羟基自由基·OH。RhB的紫外可见波谱结果显示,在电解过程中,RhB的共轭大?系统被破坏,降解为小分子物质,并进一步将小分子物质矿化,实现了RhB的降解。
【图文】：

SEM图,除氧,氧饱和,催化材料

图 2.6 GO（a）和 rGO（b）材料的 SEM 图Fig. 2.6 Scanning electron microscopy images of GO（a）and rGO（b）2.3.2 GO 和 rGO 催化材料的电化学分析图 2.7 是氧饱和以及通氮除氧条件下 GO/C、rGO/C 的循环伏安曲线图。由图可知，在通氮除氧的溶液中，rGO/C 电极在－0.4 V（vs. SCE）没有出现明显的氧化还原峰。通氧后，GO/C、rGO/C 电极在－0.4 V左右出现了明显的 O2还原为0.51.01.52.02.53.03.54.0H2O2O2+2H++2e_Current/A(1E-3)rGO/C, oxygen avoidedGO/C, oxygenatedrGO/C, oxygenated

示意图,降解机理,阴极,体系

图 2.21 阴极体系对 RhB的降解机理示意图Fig. 2.21 schematic diagram of degradation mechanism forRhB in cathodic system 本章小结本文用改进的 Hummer 方法制备了 GO，通过水热还原法制得 rGO，将其负 CF表面构成 rGO/CF阴极，用于催化 O2还原产生 H2O2的电化学反应，并与酸铁小球联用构成类电芬顿体系，，降解了 RhB 模拟染料废水，得到如下结论（1）材料表征结果表明，rGO/CF 阴极体系相比于 GO/CF 和 CF 阴极体系对电还原生成过氧化氢的催化作用较为明显。（2）过氧化氢的测定结果表明，随电解电流和溶液 pH 值的增大，该体系中化氢的生成量先增大后减小。在电流值为 9 mA，pH 3.0 时，H2O2的生成量最大，为 313.13 μmol·L-1。（3）rGO/CF 阴极电芬顿体系中羟基自由基测定结果表明，在 pH 3.0，电流 9 mA，海藻酸铁量为 0.99 g·L-1时，电解 180 min 后体系的羟基自由基生成
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703;O646.54

【参考文献】