三维钛基掺硼金刚石薄膜电极电化学氧化降解酚类有机污染物的研究

发布时间：2017-03-19 14:09

  本文关键词：三维钛基掺硼金刚石薄膜电极电化学氧化降解酚类有机污染物的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水中酚类有机物的去除一直是水处理领域的研究热点,电化学高级氧化技术因绿色清洁、处理效果好、可控性强而受到了人们广泛的关注。三维多孔钛基掺硼金刚石薄(3D-Ti/BDD)电极不仅结合了平板BDD电极的电化学窗口宽、背景电流低等优点,而且三维结构的钛基体能够为电化学反应提供更大的比表面积和更快的电子传递速率。本文选择三维多孔Ti/BDD电极作为阳极对不同结构的酚类有机物进行电催化氧化的研究,使用循环伏安法和紫外可见分光光度法等测试方法系统地考察了取代基的位置和种类与反应活性之间的关系。并讨论了辅助电极(Ti/RuO2-TiO2-SnO2电极)在多孔Ti/BDD电极氧化降解含氯有机物过程中的作用。1)通过对比邻苯二酚、间苯二酚、对苯二酚在多孔Ti/BDD电极上的循环伏安特性,根据氧化峰电流的大小判断有机物在BDD电极上的反应活性大小顺序依次是:邻苯二酚~对苯二酚间苯二酚。经12 h电解后,邻苯二酚、间苯二酚、对苯二酚的去除率大小顺序是:邻苯二酚对苯二酚间苯二酚。进一步验证了苯环上取代基的位置与反应活性的关系,其中羟基属于邻对位活化定位基,具有活化苯环的作用;而在间位上的羟基使苯环钝化,亲电取代反应速率减慢。2)通过多孔Ti/BDD电极电催化氧化不同取代基的对位取代酚,当反应进行8 h后,有机物转化率与COD去除率变化趋势一致,大小顺序依次是对氨基苯酚对苯二酚苯酚对氯苯酚对硝基酚。表明BDD电极降解酚类有机物与取代基的诱导效应和共轭效应有关,取代基的供电性越强,苯环上的电子云密度越大,越易发生亲电加成反应。3)多孔Ti/BDD电极电催化氧化不同染料有机物,实验结果是有机物的COD去除率的大小顺序是臧红T亚甲基蓝二甲酚橙茜素红,结合紫外可见光谱进一步证明了发色基团相对COD具有更快的去除速率,说明电极降解染料有机物时先将发色基团氧化,形成无色的中间体,最后被矿化成二氧化碳和水。另外脱色率和转化率的变化趋势一致,说明电催化氧化染料有机物与发色基团结构有关,发色基团结构越稳定,脱色率和转化率越低。4)比较对氯苯酚在单室和双室电解槽体系中的降解效果,结果是在单室电解槽体系、双室电解槽体系中阳极室和阴极室电解12 h后,COD去除率分别为87.8%、71.5%、0%,有机物转化率分别为95.8%、84.4%、35.4%。说明单室电解槽比双室电解槽中阳极室的降解效果好,双室电解槽的阴极室上发生还原生成了苯酚。5)使用Uv-Vis光谱和离子计分析对氯苯酚在单室和双室电解槽体系中的脱氯过程,结果表明单室电解槽和双室电解槽中阳极室的对氯苯酚脱去氯,均生成了具有氧化性的ClO-,浓度是双室电解槽中阳极室大于单室电解槽;阴极室中脱去的氯主要是以Cl-形式存在。利用高效液相色谱法确定在双室电解槽中阳极室和阴极室的中间产物,其中阳极室的中间产物主要有邻苯二酚、对苯二酚、邻苯醌,对苯醌,富马酸等,阴极室的中间产物是苯酚,并根据产物推断降解路径。
【关键词】：多孔钛基体 BDD电极 酚类有机物 电化学氧化
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703;O646.54
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-30
• 1.1 酚类有机废水处理技术12-15
• 1.1.1 酚类有机物的来源及危害12
• 1.1.2 处理酚类有机废水研究现状12-13
• 1.1.3 高级氧化技术13-15
• 1.2 电化学氧化法处理酚类有机废水15-18
• 1.2.1 阳极氧化技术16-17
• 1.2.2 阴极还原技术17-18
• 1.2.3 阴阳两极协同作用降解技术18
• 1.3 电极材料18-21
• 1.3.1 金属电极18-19
• 1.3.2 石墨电极19
• 1.3.3 活性炭纤维电极19
• 1.3.4 金属氧化物阳极19
• 1.3.5 掺硼金刚石薄膜电极19-20
• 1.3.6 多孔掺硼金刚石薄膜电极20-21
• 1.4 本论文的研究内容及意义21-22
• 1.4.1 问题的提出21-22
• 1.4.2 目的及意义22
• 1.5 论文的内容和创新点22-23
• 1.5.1 研究内容22
• 1.5.2 创新点22-23
• 参考文献23-30
• 第2章 分析测试方法30-39
• 2.1 引言30
• 2.2 测试方法30-36
• 2.2.1 化学需氧量的测试方法30-31
• 2.2.2 高效液相色谱法31-32
• 2.2.3 紫外可见吸收光谱法32-33
• 2.2.4 电极的制备33-36
• 2.3 本章小结36-38
• 参考文献38-39
• 第3章 多孔Ti/BDD电极电化学氧化降解酚类有机物39-54
• 3.1 引言39
• 3.2 实验部分39-41
• 3.2.1 试剂与仪器39-41
• 3.2.2 电化学氧化邻苯二酚、间苯二酚、对苯二酚41
• 3.2.3 电化学氧化不同对位取代基苯酚类有机物41
• 3.2.4 电化学氧化染料有机物（二甲酚橙、臧红T、茜素红、亚甲基蓝）41
• 3.3 结果与讨论41-50
• 3.3.1 邻、间、对苯二酚在 3D-Ti/BDD电极上的电催化氧化41-43
• 3.3.2 不同对位取代酚在 3D-Ti/BDD电极上的电催化氧化43-46
• 3.3.3 染料有机物在 3D-Ti/BDD电极上的电催化氧化46-50
• 3.4 本章小结50-52
• 参考文献52-54
• 第4章 离子交换膜对 4-氯苯酚电催化氧化过程的影响54-68
• 4.1 引言54-55
• 4.2 实验部分55-57
• 4.2.1 实验试剂与仪器55-56
• 4.2.2 实验装置56
• 4.2.3 对氯苯酚在有无隔膜电解槽体系下的电氧化行为56
• 4.2.4 对氯苯酚的脱氯过程56-57
• 4.2.5 阳极氧化和阴极还原反应的机理57
• 4.3 结果与讨论57-64
• 4.3.1 对氯苯酚在有无隔膜电解槽体系下的电氧化行为57-58
• 4.3.2 单室和双室电解槽体系降解对氯苯酚58-60
• 4.3.3 对氯苯酚的脱氯过程60-61
• 4.3.4 对氯苯酚的阴极还原61-62
• 4.3.5 对氯苯酚的阳极氧化62-64
• 4.4 本章小结64-65
• 参考文献65-68
• 第5章 结论与建议68-71
• 5.1 结论68-69
• 5.2 建议69-71
• 作者简介及科研成果71-72
• 致谢72

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