非均相电Fenton电极材料的制备与应用

发布时间：2019-10-23 03:43

【摘要】：非均相电Fenton技术在废水处理方面有着独特的优势,高效的降解效率,对底物没有选择性,完善的H2O2生成机制,pH范围广,催化剂易于回收,不会产生铁污泥等。目前多种过渡金属元素在Fenton领域都表现出了较高的催化活性,有望能够替代铁催化剂。本文选取硝酸铁、硝酸镍、硝酸铜、硝酸锌、硝酸锰和硝酸铝六种金属化合物,通过浸渍法将其分别吸附到石墨毡上,在氮气氛围下通过高温煅烧的方式制备出六种不同的炭载金属化合物,用作非均相电Fenton阴极材料,并对制备出的六种电极材料进行XRD、XPS和TG等表征,同时以罗丹明B为底物来测试这六种电极材料的非均相电Fenton活性。结果表明,制备出的六种电极材料分别为Fe3O4/GF、Ni/GF、Cu-CuO/GF、ZnO/GF、Mg-MgO/GF和A1203/GF,各电极材料中金属元素的含量分别为Fe(14.91wt%) 、 Ni (25.00wt%) 、 Cu (13.79wt%) 、 Zn (8.50wt%) 、 Mg(8.56wt%)和A1 (4.37wt%)。搭建非均相电Fenton系统,将六种电极材料分别用作阴极,石墨棒为阳极来降解5mg·L-1的罗丹明B溶液,结果发现,Fe3O4/GF和Ni/GF对罗丹明B的降解效果最高,接近100%,循环实验的稳定性和可重复性较高,Cu-CuO/GF 次之,ZnO/GF、Mg-MgO/GF 和 A1203/GF一般。以Ni/GF复合材料为研究对象,分析其最佳制备工艺条件和对罗丹明B降解的机理。结果表明:当Ni2+:EDTA=1:1,干燥时间为12h,载体为2mm的石墨毡时,制备出的Ni/GF复合材料循环性能最佳。当电压为-2V,罗丹明B的浓度为25mg·L-1,反应时间为5h时,Ni/GF复合材料的降解率接近96%。通过羟基自由基实验发现,羟基自由基在Ni/GF复合材料降解罗丹明B中没有起到主要作用,而是加电、曝气和自由基三者的协同作用,其中起到主要促进作用的是加电,次要促进作用是O2和自由基。另外通过循环伏安发现,在实验中Ni/GF复合材料表面并没有发生化学反应,说明Ni/GF复合材料对罗丹明B的降解是电诱导下的物理吸附过程,Ni/GF复合材料的吸附容量大约为32mg/g。
【图文】：

ＺｎＯ／ＧＦ、Ｍｇ－ＭｇＯ／ＧＦ、Ａ１２０３／ＧＦ邋ａｓ邋ｃａｔｈｏｄｅ逡逑实验前已空白炭毡的电Ｆｅｎｔｏｎ活性作了测试，发现４ｈ内空白炭毡对罗丹逡逑明Ｂ的降解效率仅有３０％左右。由图３．４可知，Ｆｅ３０４／ＧＦ、Ｎｉ／ＧＦ、Ｃｕ－ＣｕＯ／ＧＦ逡逑三种材料对罗丹明Ｂ的降解效率较高，且４ｈ内反应已基本稳定，降解率分别为逡逑１００％、９９．７％和邋９６．２％。而邋ＺｎＯ／ＧＦ、Ｍｇ－ＭｇＯ／ＧＦ邋和邋Ａ１２０３／ＧＦ邋这三种材料对罗逡逑丹明Ｂ的降解效率则依次降低，４ｈ后降解率基本维持在７０％左右，分别为逡逑７５．１％、７３．０％和６７．９％，均比空白炭毡要高。综上所述，，通过实验发现制备的逡逑六种电极材料中Ｆｅ３０４／ＧＦ和Ｎｉ／ＧＦ对罗丹明Ｂ的降解效果最高，降解率在９９％逡逑以上；Ｃｕ－ＣｕＯ／ＧＦ次之，降解率为９６％左右，这三种材料拥有良好的电Ｆｅｎｔｏｎ逡逑活性；而ＺｎＯ／ＧＦ、Ｍｇ－ＭｇＯ／ＧＦ和Ａ１２０３／ＧＦ三种材料的电Ｆｅｎｔｏｎ活性一般，逡逑降解率维持在７０％附近。逡逑２４逡逑

逑为了考察制备出的电极材料的稳定性和可重复性，在电Ｆｅｎｔｏｎ系统中，对逡逑每种材料通过八次连续的循环实验来测试。由图３．５可以看出，Ｆｅ３０４／ＧＦ、逡逑Ｎｉ／ＧＦ、Ｃｕ－ＣｕＯ／ＧＦ三种材料的稳定性和可重复性较高并且具有很高的降解率；逡逑ＺｎＯ／ＧＦ的稳定性和可重复性次之，在八次循环实验中降解率呈缓慢下降的趋势，逡逑降解率维持在７０％左右；Ｍｇ－ＭｇＯ／ＧＦ的降解率波动较大，第一次的降解率为逡逑９０．８％，后面的降解率基本维持在７０％附近；Ａ１２０３／ＧＦ的循环曲线也是波动较逡逑大，降解率有升有降，但总体维持在６０％上下。综上对比得出，Ｆｅ３０４／ＧＦ、逡逑Ｎｉ／ＧＦ、Ｃｕ－ＣｕＯ／ＧＦ三种材料具有一定的研究价值，其中，Ｆｅ３０４已有大量文献逡逑报道，是一种高效良好的非均相电Ｆｅｎｔｏｎ催化剂，而对Ｎｉ和Ｃｕ－ＣｕＯ在非均相逡逑电Ｆｅｎｏｎ系统中的研究报道甚少，因此对Ｎｉ／ＧＦ和Ｃｕ－ＣｕＯ／ＧＦ降解罗丹明Ｂ的逡逑机理研究是关键。逡逑３．３．６六种电极材料生成的羟基自由基含量逡逑＇Ｆｅ３0４／ＧＦ邋Ｎｉ／ＧＦ逡逑８。－逦■「］邋ＣＢＦ逡逑３逦”逦＿邋ｃｕ－0ｕ0／ｇｆ逡逑ｉ６°－邋■邋■逡逑－邋■丨ｒｎ逡逑ｆｉ４０＿邋■逦；逡逑Ｊ邋Ｉｌｉ逡逑图３．６六种电极材料生成的羟基自由基浓度逡逑Ｆｉｇ．３．６邋Ｈｙｄｒｏｘｙｌ邋ｒａｄｉｃａｌ邋ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｓｉｘ邋ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ邋ｍａｔｅｒｉａｌｓ逡逑众所周知
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB33;O646

【参考文献】

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本文编号：2551922