酶电催化与多相电Fenton处理难降解有机物的研究
发布时间：2022-01-11 11:28
难降解有机污染物对环境安全和人类健康构成了极大的威胁，其有效去除一直是环境领域中的难点和热点。本文以阴极电生成H2O2为基础，分别结合酶催化和多相催化，研究酶-电耦合催化和多相电Fenton技术，并用于处理模拟五氯酚（PCP）废水和实际焦化废水。主要研究内容和结果如下：构建过氧化物酶-辅酶NADH催化H2O2/O2新体系，通过电子自旋共振波谱验证了体系中存在超氧阴离子自由基（·O2-）和羟基自由基（·OH），并用于处理PCP和氯苯模拟废水，优化参数、分析PCP降解产物并推测酶-辅酶催化机理。制备蒽醌改性的碳纳米管/玻碳电极（EAQ/CNTs/GC）和聚吡咯/蒽醌修饰的石墨毡电极（PAQ/GF）。循环伏安测试表明蒽醌促进氧气两电子还原为H2O2反应,并抑制H2O2深度还原反应。以PAQ/GF为阴极，在隔膜电解槽中恒电位Ec =-...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
abstract
前言
第一章 文献综述
1.1 生物难降解有机污染物特征及其危害
1.1.1 持久性有机污染物（POPs）概况
1.1.2 持久性有机污染物毒性及环境危害
1.2 生物难降解有机废水的主要处理技术与进展
1.2.1 生物强化技术
1.2.2 物理技术
1.2.3 化学技术
1.2.3.1 化学还原技术
1.2.3.2 高级氧化技术
1.3 电化学氧化技术处理难降解有机废水
1.3.1 阳极氧化技术
1.3.1.1 基本原理
1.3.1.2 阳极氧化处理难降解有机废水应用
1.3.2 基于阴极生成过氧化氢间接电化学氧化技术
1.3.2.1 蒽醌阴极氧气还原原理
1.3.2.2 电-Fenton 技术处理难降解有机废水应用
1.4 生物酶耦合电催化水处理技术
1.4.1 生物酶催化水处理技术
1.4.2 生物酶-电催化水处理技术
1.5 本论文研究思路及内容
第二章 酶-辅酶催化H_2O_2 处理难降解有机物
2.1 前言
2.2 实验部分
2.2.1 材料与方法
2.2.1.1 实验试剂与材料
2.2.1.2 实验仪器与分析方法
2.2.2 酶-辅酶催化体系的UV-Vis 光谱研究
2.2.3 酶-辅酶催化体系的EPR 波谱研究
2.2.4 酶-辅酶体系催化降解五氯酚
2.2.5 酶-辅酶体系催化降解氯苯
2.3 结果与讨论
2.3.1 酶-辅酶体系中HRP 的存在形态的光谱学分析
2.3.2 酶-辅酶体系中自由基产生的EPR 分析
2.3.3 酶-辅酶体系催化降解五氯酚
2.3.3.1 NADH 对HRP-NADH-H_2O_2 体系酶活力的影响
2.3.3.2 HRP-NADH-H_2O_2 体系中去除PCP 的影响因素
2.3.3.3 HRP-NADH-H_2O_2/O_2 体系中PCP 去除机理
2.3.4 酶-辅酶体系催化降解氯苯
2.3.4.1 不同酶体系中氯苯去除比较
2.3.4.2 不同因素对酶-辅酶体系去除氯苯影响
2.4 本章小结
第三章 蒽醌阴极电化学还原氧气生成H_2O_2 研究
3.1 前言
3.2 实验部分
3.2.1 材料与仪器
3.2.1.1 主要试剂与材料
3.2.1.2 主要仪器
3.2.2 实验方法
3.2.2.1 电极制备
3.2.2.2 分析方法
3.2.2.3 隔膜体系电化学生成过氧化氢
3.2.2.4 无隔膜体系电化学生成过氧化氢
3.3 结果与讨论
3.3.1 EAQ/CNTs/GC 电极电催化性能
3.3.1.1 CNTs/GC 电极对氧气和过氧化氢的电还原活性
3.3.1.2 EAQ/CNTs/GC 电极的电化学活性
3.3.1.3 EAQ/ CNTs/GC 电极对氧气还原的电化学活性
3.3.2 PAQ/GF 电极电催化性能
3.3.2.1 PAQ/GF 电极的SEM 表征
3.3.2.2 PAQ/GF 电极的电化学活性
3.3.2.3 PAQ/GF 电极对氧气还原为过氧化氢的催化活性
3.3.3 隔膜电解槽PAQ/GF 电极电生成过氧化氢
3.3.4 无隔膜电解槽PAQ/GF 电极电生成过氧化氢
3.4 本章小结
第四章 酶-辅酶-电耦合催化去除五氯酚初步研究
4.1 前言
4.2 实验部分
4.2.1 材料与方法
4.2.1.1 实验材料与仪器
4.2.1.2 酶电极的制备
4.2.1.3 分析方法
4.2.2 酶电极的催化活性
4.2.3 酶-电耦合催化氧化降解五氯酚
4.3 结果与讨论
4.3.1 酶电极对过氧化氢的催化活性
4.3.2 酶电极对氧气的催化活性
4.3.3 酶电极电生成过氧化氢
4.3.4 酶电催化处理五氯酚模拟废水研究
4.3.4.1 不同酶电极对PCP 去除的影响
4.3.4.2 阴极电位对PCP 去除的影响
4.3.4.3 阳极氧化和阴极酶电催化降解PCP 溶液光谱分析
4.3.4.4 阳极氧化和阴极酶电催化氧化降解产物GC-MS 分析
4.3.4.5 酶-电耦合催化氧化机理推测
4.4 本章小结
第五章 多相Fenton 体系产羟自由基机理及苯酚降解研究
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 材料与仪器
5.2.1.1 主要试剂与材料
3.2.1.2 仪器与设备
5.2.2 试验方法
5.2.2.1 催化剂制备方法
5.2.2.2 催化剂表征方法
5.2.2.3 过氧化氢浓度测定
5.2.2.4 对氯苯甲酸和苯酚浓度测定
5.2.2.5 羟自由基浓度测定
5.2.2.6 自旋捕获-EPR 波谱分析自由基种类
5.2.2.7 多相Fenton-like 体系对苯酚和TOC 的去除
5.3 结果与讨论
5.3.1 催化剂表征
5.3.1.1 SEM 表征
5.3.1.2 N2 吸附/脱附测定催化剂表面特征
5.3.1.3 XRD 表征
5.3.1.4 FT-IR 表征
5.3.1.5 DR-UV-Vis 光谱表征
5.3.1.6 TEM 表征
5.3.1.7 XPS 表征
5.3.2 过渡金属负载Y 型分子筛催化活性
5.3.2.1 活性组分对H_2O_2 分解速率和pCBA 降解速率的影响
5.3.2.2 温度对Cu-Y 催化活性的影响
5.3.2.3 非均相催化体系中DMPO-OH 加合物的EPR 波谱
5.3.2.4 双金属负载Y 型分子筛催化活性
5.3.3 铜负载MCM-41 介孔分子筛催化活性
5.3.3.1 不同制备方法对催化剂分解过氧化氢活性影响
5.3.3.2 不同制备方法对催化剂降解pCBA 活性影响
5.3.3.3 不同制备方法对催化剂铜离子溶出影响
5.3.3.4 催化剂用量对H_2O_2 分解速率和pCBA 去除速率的影响
5.3.3.5 催化剂的稳定性
5.3.3.6 非均相Fenton 体系中羟自由基产生机理探讨
5.3.4 多相Fenton 体系应用于苯酚废水降解的研究
5.4 本章小结
第六章 多相电Fenton 技术处理焦化废水的研究
6.1 前言
6.2 实验部分
6.2.1 材料与方法
6.2.1.1 实验试剂与材料
6.2.1.2 试验仪器与分析方法
6.2.2 阳极氧化-阴极电Fenton 处理焦化废水实验研究
6.2.3 多相电Fenton 反应器处理焦化废水试验研究
6.2.4 多相电Fenton 反应器处理焦化废水中试研究
6.3 结果与讨论
6.3.1 阳极氧化-阴极电Fenton 处理焦化废水实验研究
6.3.1.1 电流密度的影响
6.3.1.2 电解时间的影响
6.3.1.3 pH 和Fe2+浓度的影响
6.3.1.4 阳极-阴极连续反应装置对焦化废水的降解
6.3.1.5 不同电化学体系对生化进水有机物去除机理
6.3.2 多相电Fenton 反应器处理焦化废水的试验研究
6.3.2.1 电解时间对COD 去除和电流效率的影响
6.3.2.2 pH 对COD 去除和出水pH 的影响
6.3.2.3 初始COD 浓度对COD 去除和电流效率的影响
6.3.2.4 电流密度对COD 去除和电流效率的影响
6.3.2.5 废水中有机组分分析
6.3.2.6 废水毒性和生物可降解性分析
6.3.2.7 多相电Fenton 反应机理研究
6.3.3 多相电Fenton 反应器处理焦化废水中试研究
6.3.3.1 焦化废水深度处理中试工艺流程
6.3.3.2 电催化处理焦化废水工艺参数优化
6.3.3.3 电催化处理后焦化废水水质评价
6.3.3.4 电催化深度处理焦化废水工程可行性评价
6.4 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]高级氧化-BAF深度处理焦化废水[J]. 李豪,汪晓军,王开演. 环境科学与技术. 2010(11)
[2]焦化废水处理技术的研究现状与进展[J]. 潘碌亭,吴锦峰. 环境科学与技术. 2010(10)
[3]三维电极反应器用于焦化废水深度处理及回用[J]. 赵立功,商策,闵磊,娄广亮. 中国给水排水. 2010(15)
[4]混凝气浮在焦化废水生化尾水深度处理中的应用[J]. 刘剑平,赵娜,肖林,徐焱. 工业水处理. 2010(07)
[5]焦化废水高级氧化处理技术研究进展[J]. 樊红梅,邓洪秀. 沈阳工程学院学报(自然科学版). 2010(03)
[6]焦化废水生物处理尾水的活性炭吸附及条件优化研究[J]. 帅伟,吴艳林,胡芸,吴超飞,韦朝海. 环境工程学报. 2010(06)
[7]Fe2+/NaClO深度处理焦化废水的研究[J]. 蒋辉,范迪,王娟. 环境科学与管理. 2010(04)
[8]超滤-纳滤对焦化废水深度处理的试验研究[J]. 闻晓今,周正,魏钢,张宁. 水处理技术. 2010(03)
[9]Fenton氧化-活性炭吸附耦合处理焦化废水生化尾水的研究[J]. 涂勇,张洪玲,张龙,刘广兵,许明,张敏健. 污染防治技术. 2010 (01)
[10]铁碳内电解法深度处理焦化废水的研究[J]. 范可,李飞飞,张祥. 科技情报开发与经济. 2009(35)
博士论文
[1]掺杂蒽醌/聚吡咯膜电极的电催化氧还原性能及应用研究[D]. 张国权.大连理工大学 2008
本文编号：3582702
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
abstract
前言
第一章 文献综述
1.1 生物难降解有机污染物特征及其危害
1.1.1 持久性有机污染物（POPs）概况
1.1.2 持久性有机污染物毒性及环境危害
1.2 生物难降解有机废水的主要处理技术与进展
1.2.1 生物强化技术
1.2.2 物理技术
1.2.3 化学技术
1.2.3.1 化学还原技术
1.2.3.2 高级氧化技术
1.3 电化学氧化技术处理难降解有机废水
1.3.1 阳极氧化技术
1.3.1.1 基本原理
1.3.1.2 阳极氧化处理难降解有机废水应用
1.3.2 基于阴极生成过氧化氢间接电化学氧化技术
1.3.2.1 蒽醌阴极氧气还原原理
1.3.2.2 电-Fenton 技术处理难降解有机废水应用
1.4 生物酶耦合电催化水处理技术
1.4.1 生物酶催化水处理技术
1.4.2 生物酶-电催化水处理技术
1.5 本论文研究思路及内容
第二章 酶-辅酶催化H_2O_2 处理难降解有机物
2.1 前言
2.2 实验部分
2.2.1 材料与方法
2.2.1.1 实验试剂与材料
2.2.1.2 实验仪器与分析方法
2.2.2 酶-辅酶催化体系的UV-Vis 光谱研究
2.2.3 酶-辅酶催化体系的EPR 波谱研究
2.2.4 酶-辅酶体系催化降解五氯酚
2.2.5 酶-辅酶体系催化降解氯苯
2.3 结果与讨论
2.3.1 酶-辅酶体系中HRP 的存在形态的光谱学分析
2.3.2 酶-辅酶体系中自由基产生的EPR 分析
2.3.3 酶-辅酶体系催化降解五氯酚
2.3.3.1 NADH 对HRP-NADH-H_2O_2 体系酶活力的影响
2.3.3.2 HRP-NADH-H_2O_2 体系中去除PCP 的影响因素
2.3.3.3 HRP-NADH-H_2O_2/O_2 体系中PCP 去除机理
2.3.4 酶-辅酶体系催化降解氯苯
2.3.4.1 不同酶体系中氯苯去除比较
2.3.4.2 不同因素对酶-辅酶体系去除氯苯影响
2.4 本章小结
第三章 蒽醌阴极电化学还原氧气生成H_2O_2 研究
3.1 前言
3.2 实验部分
3.2.1 材料与仪器
3.2.1.1 主要试剂与材料
3.2.1.2 主要仪器
3.2.2 实验方法
3.2.2.1 电极制备
3.2.2.2 分析方法
3.2.2.3 隔膜体系电化学生成过氧化氢
3.2.2.4 无隔膜体系电化学生成过氧化氢
3.3 结果与讨论
3.3.1 EAQ/CNTs/GC 电极电催化性能
3.3.1.1 CNTs/GC 电极对氧气和过氧化氢的电还原活性
3.3.1.2 EAQ/CNTs/GC 电极的电化学活性
3.3.1.3 EAQ/ CNTs/GC 电极对氧气还原的电化学活性
3.3.2 PAQ/GF 电极电催化性能
3.3.2.1 PAQ/GF 电极的SEM 表征
3.3.2.2 PAQ/GF 电极的电化学活性
3.3.2.3 PAQ/GF 电极对氧气还原为过氧化氢的催化活性
3.3.3 隔膜电解槽PAQ/GF 电极电生成过氧化氢
3.3.4 无隔膜电解槽PAQ/GF 电极电生成过氧化氢
3.4 本章小结
第四章 酶-辅酶-电耦合催化去除五氯酚初步研究
4.1 前言
4.2 实验部分
4.2.1 材料与方法
4.2.1.1 实验材料与仪器
4.2.1.2 酶电极的制备
4.2.1.3 分析方法
4.2.2 酶电极的催化活性
4.2.3 酶-电耦合催化氧化降解五氯酚
4.3 结果与讨论
4.3.1 酶电极对过氧化氢的催化活性
4.3.2 酶电极对氧气的催化活性
4.3.3 酶电极电生成过氧化氢
4.3.4 酶电催化处理五氯酚模拟废水研究
4.3.4.1 不同酶电极对PCP 去除的影响
4.3.4.2 阴极电位对PCP 去除的影响
4.3.4.3 阳极氧化和阴极酶电催化降解PCP 溶液光谱分析
4.3.4.4 阳极氧化和阴极酶电催化氧化降解产物GC-MS 分析
4.3.4.5 酶-电耦合催化氧化机理推测
4.4 本章小结
第五章 多相Fenton 体系产羟自由基机理及苯酚降解研究
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 材料与仪器
5.2.1.1 主要试剂与材料
3.2.1.2 仪器与设备
5.2.2 试验方法
5.2.2.1 催化剂制备方法
5.2.2.2 催化剂表征方法
5.2.2.3 过氧化氢浓度测定
5.2.2.4 对氯苯甲酸和苯酚浓度测定
5.2.2.5 羟自由基浓度测定
5.2.2.6 自旋捕获-EPR 波谱分析自由基种类
5.2.2.7 多相Fenton-like 体系对苯酚和TOC 的去除
5.3 结果与讨论
5.3.1 催化剂表征
5.3.1.1 SEM 表征
5.3.1.2 N2 吸附/脱附测定催化剂表面特征
5.3.1.3 XRD 表征
5.3.1.4 FT-IR 表征
5.3.1.5 DR-UV-Vis 光谱表征
5.3.1.6 TEM 表征
5.3.1.7 XPS 表征
5.3.2 过渡金属负载Y 型分子筛催化活性
5.3.2.1 活性组分对H_2O_2 分解速率和pCBA 降解速率的影响
5.3.2.2 温度对Cu-Y 催化活性的影响
5.3.2.3 非均相催化体系中DMPO-OH 加合物的EPR 波谱
5.3.2.4 双金属负载Y 型分子筛催化活性
5.3.3 铜负载MCM-41 介孔分子筛催化活性
5.3.3.1 不同制备方法对催化剂分解过氧化氢活性影响
5.3.3.2 不同制备方法对催化剂降解pCBA 活性影响
5.3.3.3 不同制备方法对催化剂铜离子溶出影响
5.3.3.4 催化剂用量对H_2O_2 分解速率和pCBA 去除速率的影响
5.3.3.5 催化剂的稳定性
5.3.3.6 非均相Fenton 体系中羟自由基产生机理探讨
5.3.4 多相Fenton 体系应用于苯酚废水降解的研究
5.4 本章小结
第六章 多相电Fenton 技术处理焦化废水的研究
6.1 前言
6.2 实验部分
6.2.1 材料与方法
6.2.1.1 实验试剂与材料
6.2.1.2 试验仪器与分析方法
6.2.2 阳极氧化-阴极电Fenton 处理焦化废水实验研究
6.2.3 多相电Fenton 反应器处理焦化废水试验研究
6.2.4 多相电Fenton 反应器处理焦化废水中试研究
6.3 结果与讨论
6.3.1 阳极氧化-阴极电Fenton 处理焦化废水实验研究
6.3.1.1 电流密度的影响
6.3.1.2 电解时间的影响
6.3.1.3 pH 和Fe2+浓度的影响
6.3.1.4 阳极-阴极连续反应装置对焦化废水的降解
6.3.1.5 不同电化学体系对生化进水有机物去除机理
6.3.2 多相电Fenton 反应器处理焦化废水的试验研究
6.3.2.1 电解时间对COD 去除和电流效率的影响
6.3.2.2 pH 对COD 去除和出水pH 的影响
6.3.2.3 初始COD 浓度对COD 去除和电流效率的影响
6.3.2.4 电流密度对COD 去除和电流效率的影响
6.3.2.5 废水中有机组分分析
6.3.2.6 废水毒性和生物可降解性分析
6.3.2.7 多相电Fenton 反应机理研究
6.3.3 多相电Fenton 反应器处理焦化废水中试研究
6.3.3.1 焦化废水深度处理中试工艺流程
6.3.3.2 电催化处理焦化废水工艺参数优化
6.3.3.3 电催化处理后焦化废水水质评价
6.3.3.4 电催化深度处理焦化废水工程可行性评价
6.4 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]高级氧化-BAF深度处理焦化废水[J]. 李豪,汪晓军,王开演. 环境科学与技术. 2010(11)
[2]焦化废水处理技术的研究现状与进展[J]. 潘碌亭,吴锦峰. 环境科学与技术. 2010(10)
[3]三维电极反应器用于焦化废水深度处理及回用[J]. 赵立功,商策,闵磊,娄广亮. 中国给水排水. 2010(15)
[4]混凝气浮在焦化废水生化尾水深度处理中的应用[J]. 刘剑平,赵娜,肖林,徐焱. 工业水处理. 2010(07)
[5]焦化废水高级氧化处理技术研究进展[J]. 樊红梅,邓洪秀. 沈阳工程学院学报(自然科学版). 2010(03)
[6]焦化废水生物处理尾水的活性炭吸附及条件优化研究[J]. 帅伟,吴艳林,胡芸,吴超飞,韦朝海. 环境工程学报. 2010(06)
[7]Fe2+/NaClO深度处理焦化废水的研究[J]. 蒋辉,范迪,王娟. 环境科学与管理. 2010(04)
[8]超滤-纳滤对焦化废水深度处理的试验研究[J]. 闻晓今,周正,魏钢,张宁. 水处理技术. 2010(03)
[9]Fenton氧化-活性炭吸附耦合处理焦化废水生化尾水的研究[J]. 涂勇,张洪玲,张龙,刘广兵,许明,张敏健. 污染防治技术. 2010 (01)
[10]铁碳内电解法深度处理焦化废水的研究[J]. 范可,李飞飞,张祥. 科技情报开发与经济. 2009(35)
博士论文
[1]掺杂蒽醌/聚吡咯膜电极的电催化氧还原性能及应用研究[D]. 张国权.大连理工大学 2008
本文编号：3582702
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