电化学处理有机废水电极材料的制备与性能研究
发布时间：2022-02-20 10:46
电化学氧化技术以无二次污染、环境友好等优点在处理生物难降解有机废水领域受到广泛关注。电极材料是电化学氧化过程的核心，电极效率是制约电化学氧化处理废水技术实现工业应用的关键。本研究针对目前电极材料催化效率较低的问题，研究了不同电极材料的制备方法及改性技术对电极性能的影响规律和机理，主要包括钛基锡系形稳阳极、石墨基气体扩散阴极和壳聚糖基有机高聚物粒子电极；并通过酚类物质的降解历程分析了不同电化学过程对有机物的降解机制；为高性能电化学处理废水电极的制备及应用提供了可靠的理论基础。通过铈组稀土元素掺杂对钛基锡系电极（Ti/Sb-SnO2）进行了改性，比较分析了掺杂改性前后电极电解处理模拟对硝基苯酚（p-NP）废水的效果，实验结果表明以掺杂稀土La改性后的钛基锡系电极效果最好。相同电解条件下，掺杂稀土比例摩尔比为Sn︰Sb︰La=100︰10︰2的改性电极处理模拟对硝基苯酚废水的降解率为92.8%，远高于未改性电极的降解率（72%）。对掺杂改性后电极涂层的形貌进行了扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X射线能谱（EDS）、X射线电子能谱（XPS）分析，并利用电化学线性伏安扫描（LSV）测定...
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：169 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 水污染问题
1.1.1 工业废水的来源及种类
1.1.2 生物难降解有机废水
1.2 生物难降解有机废水处理技术
1.2.1 物化法
1.2.2 生化法
1.2.3 高级氧化技术
1.2.4 电催化氧化处理废水技术
1.3 电化学处理废水体系电极材料研究进展
1.3.1 阳极材料在电化学处理废水体系中的应用与研究进展
1.3.2 阴极材料在电化学处理废水体系中的应用与研究进展
1.3.3 稀土元素掺杂在电极制备中的应用研究
1.3.4 三维电极在电化学处理废水体系中的应用与研究进展
1.4 论文的研究目的、意义及内容
1.4.1 论文的研究目的及意义
1.4.2 论文的研究内容
2 钛基锡系形稳阳极的制备及性能研究
2.1 引言
2.2 实验
2.2.1 实验仪器及设备
2.2.2 实验材料及试剂
2.2.3 未掺杂稀土元素钛基锡系阳极的制备
2.2.4 掺杂稀土元素阳极的制备
2.2.5 含中间层掺杂稀土元素阳极材料的制备
2.2.6 电极表面形貌表征及电化学性能测试
2.2.7 电极处理含酚废水实验装置及分析方法
2.3 实验结果与讨论
2.3.1 掺杂稀土对电极性能的影响
2.3.2 添加中间层对电极性能的影响
2.3.3 阳极氧化处理含酚废水效果研究
2.4 本章小结
3 石墨气体扩散电极的制备及性能研究
3.1 引言
3.2 实验
3.2.1 实验仪器及设备
3.2.2 实验试剂及材料
3.2.3 常规气体扩散电极的制备
3.2.4 掺杂稀土气体扩散电极的制备
3.2.5 不同造孔剂气体扩散电极的制备
3.2.6 气体扩散电极的形貌表征及电化学性能测试
3.2.7 气体扩散电极产生 H2O2及处理废水实验装置和分析方法
3.3 实验结果与讨论
3.3.1 常规气体扩散电极催化性能
3.3.2 造孔剂对气体扩散电极性能的影响
3.3.3 稀土掺杂对气体扩散电极性能的影响
3.3.4 电解条件对气体扩散电极性能的影响
3.3.5 电芬顿处理模拟苯酚废水效果
3.4 本章小结
4 三维电极处理含酚废水的性能研究
4.1 引言
4.2 实验
4.2.1 实验仪器及设备
4.2.2 实验试剂及材料
4.2.3 壳聚糖及交联改性壳聚糖粒子电极的制备
4.2.4 四氨基钴酞菁的合成
4.2.5 交联壳聚糖与四氨基钴酞菁的接枝
4.2.6 壳聚糖及交联产物吸附性能研究
4.2.7 四氨基钴酞菁光谱扫描及量子计算过程
4.2.8 三维电解池实验装置及分析方法
4.3 实验结果与讨论
4.3.1 壳聚糖及其交联产物吸附效果
4.3.2 四氨基钴酞菁光谱表征及量子计算分析结果
4.3.3 单电极和阴阳极协同处理酚类有机物效果对比
4.3.4 不同粒子电极的三维电极降解废水效果对比
4.3.5 三维电极与二维电解处理废水效果对比
4.3.6 光电结合降解废水效果
4.4 本章小结
5 电化学作用下酚类物质降解机理研究
5.1 引言
5.2 实验
5.2.1 实验仪器及设备
5.2.2 实验试剂及材料
5.2.3 阳极电化学降解对硝基苯酚紫外扫描
5.2.4 阴极电芬顿氧化降解苯酚紫外扫描
5.3 实验结果与讨论
5.3.1 对硝基苯酚降解机理分析
5.3.2 苯酚降解机理分析
5.4 本章小结
6 电芬顿技术处理兰炭废水研究
6.1 引言
6.2 实验
6.2.1 实验废水
6.2.2 实验仪器与试剂
6.2.3 实验方法
6.2.4 COD 检测方法及去除率计算
6.2.5 能耗计算
6.3 电芬顿技术处理兰炭废水实验结果
6.3.1 电芬顿、阳极直接氧化、空气吹脱去除废水 COD 效果比较
6.3.2 空气速率对去除废水 COD 效果的影响
6.3.3 电流密度对去除废水 COD 效果的影响
6.3.4 pH 值对去除废水 COD 效果的影响
6.3.5 极板间距对去除废水 COD 效果的影响
6.3.6 电流效率及能耗考察
6.4 本章小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
参考文献
攻读博士学位期间的主要成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于分形维数的光学表面质量评价及响应曲面模型[J]. 董之然,杨炜. 厦门大学学报(自然科学版). 2014(01)
[2]First-principles investigation of chemical modification on two-dimensional iron-phthalocyanine sheet[J]. 王洪博,苏燕,陈刚. Chinese Physics B. 2014(01)
[3]气浮—厌氧—好氧组合工艺处理果脯豆干工艺废水[J]. 李淑展. 工业水处理. 2013(12)
[4]石墨烯材料在气体传感器中的应用[J]. 孙丰强,许适溥. 华南师范大学学报(自然科学版). 2013(06)
[5]三维电极催化氧化苯类废水的研究[J]. 雷永乾,郭鹏然,王冠华,黎国标,蔡大川. 水处理技术. 2013(12)
[6]废水处理三维电极体系中填料的选择评价方法[J]. 闫茜,王立章,李鹏,田娟,芦兆青. 化工环保. 2013(06)
[7]Enhanced electrocatalytic oxidation of dyes in aqueous solution using cobalt phthalocyanine modified activated carbon fiber anode[J]. LI Nan,DONG SuSu,LV WangYang,HUANG SanQing,CHEN HaiXiang,YAO YuYuan,CHEN WenXing. Science China（Chemistry）. 2013(12)
[8]有机废水处理电化学氧化耦合工艺研究进展[J]. 魏新,钱大益. 工业水处理. 2013(11)
[9]响应曲面法优化硫酸盐还原菌处理重金属离子条件研究[J]. 徐建平,黄志,马春艳,罗亚楠. 工业水处理. 2013(10)
[10]以蓖麻油酸作为萃取剂回收处理癸二酸工业废水的萃取过程(英文)[J]. 徐航,周全,王金福. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2013(09)
博士论文
[1]工业废水电化学处理过程中滤压式电解槽工程问题的研究[D]. 徐红.吉林大学 2008
[2]羟基自由基在电催化氧化体系中的形成规律及其在废水处理中的应用研究[D]. 吴迪.吉林大学 2007
[3]三维电极处理几种模拟有机废水研究[D]. 陈武.华中科技大学 2007
[4]电化学氧化法处理难生物降解有机工业废水的研究[D]. 林海波.吉林大学 2005
硕士论文
[1]酞菁类光敏剂产生活性氧的研究[D]. 赵肖.西安建筑科技大学 2013
[2]难降解有机废水处理用新型粒子催化电极材料的制备及其电催化活性研究[D]. 辛岳红.北京化工大学 2009
[3]新型气体扩散电极的制备及其用于染料废水处理的研究[D]. 曹翰林.山东大学 2009
[4]三维电极电解法处理偶氮染料废水的试验研究[D]. 王林红.西安建筑科技大学 2007
[5]气体扩散电极制备及其对苯酚降解效果的研究[D]. 孙艳.哈尔滨工程大学 2007
[6]新型气体扩散电极体系降解甲基红的研究[D]. 郁青红.浙江大学 2006
[7]三维电极降解印染废水的试验研究及数学模型的建立[D]. 石玲.天津大学 2006
[8]三维电极反应器处理染料废水的研究[D]. 薛松宇.天津大学 2005
[9]三维电极处理含酚废水的研究[D]. 崔艳萍.华中科技大学 2004
本文编号：3634887
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：169 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 水污染问题
1.1.1 工业废水的来源及种类
1.1.2 生物难降解有机废水
1.2 生物难降解有机废水处理技术
1.2.1 物化法
1.2.2 生化法
1.2.3 高级氧化技术
1.2.4 电催化氧化处理废水技术
1.3 电化学处理废水体系电极材料研究进展
1.3.1 阳极材料在电化学处理废水体系中的应用与研究进展
1.3.2 阴极材料在电化学处理废水体系中的应用与研究进展
1.3.3 稀土元素掺杂在电极制备中的应用研究
1.3.4 三维电极在电化学处理废水体系中的应用与研究进展
1.4 论文的研究目的、意义及内容
1.4.1 论文的研究目的及意义
1.4.2 论文的研究内容
2 钛基锡系形稳阳极的制备及性能研究
2.1 引言
2.2 实验
2.2.1 实验仪器及设备
2.2.2 实验材料及试剂
2.2.3 未掺杂稀土元素钛基锡系阳极的制备
2.2.4 掺杂稀土元素阳极的制备
2.2.5 含中间层掺杂稀土元素阳极材料的制备
2.2.6 电极表面形貌表征及电化学性能测试
2.2.7 电极处理含酚废水实验装置及分析方法
2.3 实验结果与讨论
2.3.1 掺杂稀土对电极性能的影响
2.3.2 添加中间层对电极性能的影响
2.3.3 阳极氧化处理含酚废水效果研究
2.4 本章小结
3 石墨气体扩散电极的制备及性能研究
3.1 引言
3.2 实验
3.2.1 实验仪器及设备
3.2.2 实验试剂及材料
3.2.3 常规气体扩散电极的制备
3.2.4 掺杂稀土气体扩散电极的制备
3.2.5 不同造孔剂气体扩散电极的制备
3.2.6 气体扩散电极的形貌表征及电化学性能测试
3.2.7 气体扩散电极产生 H2O2及处理废水实验装置和分析方法
3.3 实验结果与讨论
3.3.1 常规气体扩散电极催化性能
3.3.2 造孔剂对气体扩散电极性能的影响
3.3.3 稀土掺杂对气体扩散电极性能的影响
3.3.4 电解条件对气体扩散电极性能的影响
3.3.5 电芬顿处理模拟苯酚废水效果
3.4 本章小结
4 三维电极处理含酚废水的性能研究
4.1 引言
4.2 实验
4.2.1 实验仪器及设备
4.2.2 实验试剂及材料
4.2.3 壳聚糖及交联改性壳聚糖粒子电极的制备
4.2.4 四氨基钴酞菁的合成
4.2.5 交联壳聚糖与四氨基钴酞菁的接枝
4.2.6 壳聚糖及交联产物吸附性能研究
4.2.7 四氨基钴酞菁光谱扫描及量子计算过程
4.2.8 三维电解池实验装置及分析方法
4.3 实验结果与讨论
4.3.1 壳聚糖及其交联产物吸附效果
4.3.2 四氨基钴酞菁光谱表征及量子计算分析结果
4.3.3 单电极和阴阳极协同处理酚类有机物效果对比
4.3.4 不同粒子电极的三维电极降解废水效果对比
4.3.5 三维电极与二维电解处理废水效果对比
4.3.6 光电结合降解废水效果
4.4 本章小结
5 电化学作用下酚类物质降解机理研究
5.1 引言
5.2 实验
5.2.1 实验仪器及设备
5.2.2 实验试剂及材料
5.2.3 阳极电化学降解对硝基苯酚紫外扫描
5.2.4 阴极电芬顿氧化降解苯酚紫外扫描
5.3 实验结果与讨论
5.3.1 对硝基苯酚降解机理分析
5.3.2 苯酚降解机理分析
5.4 本章小结
6 电芬顿技术处理兰炭废水研究
6.1 引言
6.2 实验
6.2.1 实验废水
6.2.2 实验仪器与试剂
6.2.3 实验方法
6.2.4 COD 检测方法及去除率计算
6.2.5 能耗计算
6.3 电芬顿技术处理兰炭废水实验结果
6.3.1 电芬顿、阳极直接氧化、空气吹脱去除废水 COD 效果比较
6.3.2 空气速率对去除废水 COD 效果的影响
6.3.3 电流密度对去除废水 COD 效果的影响
6.3.4 pH 值对去除废水 COD 效果的影响
6.3.5 极板间距对去除废水 COD 效果的影响
6.3.6 电流效率及能耗考察
6.4 本章小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
参考文献
攻读博士学位期间的主要成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于分形维数的光学表面质量评价及响应曲面模型[J]. 董之然,杨炜. 厦门大学学报(自然科学版). 2014(01)
[2]First-principles investigation of chemical modification on two-dimensional iron-phthalocyanine sheet[J]. 王洪博,苏燕,陈刚. Chinese Physics B. 2014(01)
[3]气浮—厌氧—好氧组合工艺处理果脯豆干工艺废水[J]. 李淑展. 工业水处理. 2013(12)
[4]石墨烯材料在气体传感器中的应用[J]. 孙丰强,许适溥. 华南师范大学学报(自然科学版). 2013(06)
[5]三维电极催化氧化苯类废水的研究[J]. 雷永乾,郭鹏然,王冠华,黎国标,蔡大川. 水处理技术. 2013(12)
[6]废水处理三维电极体系中填料的选择评价方法[J]. 闫茜,王立章,李鹏,田娟,芦兆青. 化工环保. 2013(06)
[7]Enhanced electrocatalytic oxidation of dyes in aqueous solution using cobalt phthalocyanine modified activated carbon fiber anode[J]. LI Nan,DONG SuSu,LV WangYang,HUANG SanQing,CHEN HaiXiang,YAO YuYuan,CHEN WenXing. Science China（Chemistry）. 2013(12)
[8]有机废水处理电化学氧化耦合工艺研究进展[J]. 魏新,钱大益. 工业水处理. 2013(11)
[9]响应曲面法优化硫酸盐还原菌处理重金属离子条件研究[J]. 徐建平,黄志,马春艳,罗亚楠. 工业水处理. 2013(10)
[10]以蓖麻油酸作为萃取剂回收处理癸二酸工业废水的萃取过程(英文)[J]. 徐航,周全,王金福. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2013(09)
博士论文
[1]工业废水电化学处理过程中滤压式电解槽工程问题的研究[D]. 徐红.吉林大学 2008
[2]羟基自由基在电催化氧化体系中的形成规律及其在废水处理中的应用研究[D]. 吴迪.吉林大学 2007
[3]三维电极处理几种模拟有机废水研究[D]. 陈武.华中科技大学 2007
[4]电化学氧化法处理难生物降解有机工业废水的研究[D]. 林海波.吉林大学 2005
硕士论文
[1]酞菁类光敏剂产生活性氧的研究[D]. 赵肖.西安建筑科技大学 2013
[2]难降解有机废水处理用新型粒子催化电极材料的制备及其电催化活性研究[D]. 辛岳红.北京化工大学 2009
[3]新型气体扩散电极的制备及其用于染料废水处理的研究[D]. 曹翰林.山东大学 2009
[4]三维电极电解法处理偶氮染料废水的试验研究[D]. 王林红.西安建筑科技大学 2007
[5]气体扩散电极制备及其对苯酚降解效果的研究[D]. 孙艳.哈尔滨工程大学 2007
[6]新型气体扩散电极体系降解甲基红的研究[D]. 郁青红.浙江大学 2006
[7]三维电极降解印染废水的试验研究及数学模型的建立[D]. 石玲.天津大学 2006
[8]三维电极反应器处理染料废水的研究[D]. 薛松宇.天津大学 2005
[9]三维电极处理含酚废水的研究[D]. 崔艳萍.华中科技大学 2004
本文编号：3634887
本文链接：https://www.wllwen.com/shengtaihuanjingbaohulunwen/3634887.html
