电芬顿阴极材料的改性及降解焦化尾水中有机物的特性研究
发布时间：2021-02-27 18:39
焦化废水是典型的难降解工业废水,生化处理出水很难达到排放标准。电芬顿技术以电能为驱动力,通过阴极氧还原反应产生H2O2,具有高效清洁等优点。传统电芬顿材料氧还原反应活性受到抑制,存在电流效率低、H2O2产量少等缺点,因此研发出性能良好的阴极材料成为研究热点。本研究为提高阴极表面氧还原反应催化能力,以泡沫镍为基体,采用金属掺杂的方法对材料进行改性,结合材料表征及电化学性能测试,通过电芬顿降解焦化尾水,考察反应参数对有机物去除的影响,探究焦化尾水中有机物的去除特性。本文以竹粉为原料,热分解法制备碳材料,经金属掺杂改性可知,以泡沫镍为基体,经涂覆焙烧得到改性阴极材料。对材料进行扫描电镜测试,碳材料具有多孔结构且结构稳定,阴极材料催化层具有多孔结构,表面活性位点增加,促进了氧气在阴极表面的传质过程,减少了泡沫镍的溶出。EDS显示金属含量与添加量一致。对电极进行电化学性能测试,由CV曲线可知,电流响应电位发生正向偏移,改性电极材料提高了电活化面积和材料表面氧还原能力。由LSV曲线可知,改性材料电极提高了氧还原...
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电芬顿反应装置示意图
内蒙古科技大学硕士学位论文-21-3改性碳材料阴极的表征3.1电极材料SEM图像表征3.1.1泡沫镍及碳材料SEM图像图4.1泡沫镍及碳材料SEM图像由图4.1a所示，泡沫镍基底为三维网状结构，孔径为200μm左右的大孔，表层光滑无明显的颗粒状物质且存在明显的“龟裂”纹，交错纵横的裂纹有效提高了泡沫镍的比表面积，为碳材料修饰泡沫镍提供了着力点，有利于修饰后的稳定性。由图4.1b所示碳材料含有丰富的介孔和微孔，相互联结的结构构成了三维体系，具有较大的比表面积、稳定的框架结构和高孔隙率，有助于负载金属离子。3.1.2Cu-Pr/C及Cu-Ce/C电极SEM图像由SEM图像可以观察到碳材料存在于泡沫镍的表面与孔隙之间，形成了大孔、介孔、微孔并存的多种孔洞类型，大大增大了电极的比表面积。在扩散层中，孔的类型以大孔和介孔为主，由于聚四氟乙烯的加入，提高了电极材料的疏水性，O2在电极表面和溶液的三相界面中保持相对稳定的动态平衡，提高了溶液中的溶解氧含量，有利于阴极与O2之间的电子转移与质子传递；而催化层表面有大量相互联结的碳粒子，从而形成了大量以介孔和微孔为主的多孔结构，阴极表面这些明显的变化有利于O2在其表面和内部迅速扩散，提供更丰富的O2还原产生H2O2的活性位点，从而提高污染物的处理效率。由图d，f可以观察到Cu-Pr/C电极较Cu-Ce/C电极表面颗粒分布均匀且更为致密，这可能使得Cu-Pr/C电极具有更高的催化活性。同时由于碳材料紧密的附着在泡沫
内蒙古科技大学硕士学位论文-23-料表面可能含有-C=O、C-O-C等含氧官能团，这些官能团有利于2电子氧还原产生H2O2选择性的提高。图4.3电极材料EDS能谱图3.3循环伏安曲线分析图4.4为空气预曝气30min条件下循环伏安图，电极氧化峰出峰的位置分别在+0.22V、+0.4V和+0.46V左右，峰电流分别为0.0226A、0.0559A和0.0295A，分别是泡沫镍电极的2.47倍和1.30倍。图中显示改性材料的氧还原峰位置并不明显，分析认
【参考文献】：
期刊论文
[1]AQS/PPy修饰石墨板阴极应用于罗丹明B的降解[J]. 王珊琳,朱维晃,郑飞,査雪聪. 环境化学. 2019(09)
[2]3D打印气体扩散电极产H2O2及其对焦化废水的处理研究[J]. 邱珊,高伟杰,邓凤霞,朱英实,马放,杨基先. 中国环境科学. 2018(11)
[3]新型泡沫镍阴极材料的制备及在电芬顿中的应用[J]. 朱英实,马放,李国君,邓凤霞,邱珊. 中国给水排水. 2018(05)
[4]电化学氧化技术深度处理焦化废水的研究进展[J]. 袁浩,李倩. 工业水处理. 2018(01)
[5]2016中国环境状况公报发布[J]. 本刊编辑部. 中国能源. 2017(08)
[6]曝气及外加H2O2强化电芬顿法处理石化反渗透浓水[J]. 吴月,孙宇维,王岽,张健,何沛然,李玉平,张忠国,曹宏斌. 化工进展. 2017(09)
[7]过渡金属氧化物修饰石墨毡阴极及电催化氧化性能测试[J]. 刘勇,崔乐乐,王嘉诚,景文珩. 无机化学学报. 2016(09)
[8]碳纳米管修饰泡沫镍空气扩散电极电-Fenton法降解水中对硝基酚[J]. 汤茜,任小蕾,孙娟,杨春维,王栋. 化工环保. 2016(04)
[9]固体废物中多环芳烃萃取的前处理技术及测定方法综述[J]. 徐为中,孙忠岩,吴迪,张雪英,周俊,郑涛,雍晓雨. 净水技术. 2015(02)
[10]电芬顿技术的研究进展[J]. 周蕾,周明华. 水处理技术. 2013(10)
博士论文
[1]焦化废水生物降解过程中有机污染物相互作用及强化技术[D]. 杨超.上海师范大学 2019
[2]焦化废水处理过程苯系物、苯胺类、重金属污染物的存在及去除特性分析[D]. 刁春鹏.华南理工大学 2012
[3]焦化废水对植物的毒性作用研究[D]. 董轶茹.山西大学 2010
硕士论文
[1]焦化废水节能降耗生物脱氮技术与新模式[D]. 李欢.北京交通大学 2019
[2]炭质吸附剂预处理焦化废水及其对有机组分的吸附分离分析[D]. 王丰.华南理工大学 2018
[3]碳材料阴极改性及其电芬顿应用的研究[D]. 陈阳.陕西科技大学 2018
[4]强化电芬顿法处理石化废水反渗透浓水的研究[D]. 吴月.中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所) 2017
[5]电芬顿预处理焦化废水有机物工艺优化与去除特性研究[D]. 樊蓉.太原理工大学 2016
[6]焦化废水生物处理出水溶解性有机物的光谱分析与吸附去除研究[D]. 贺润升.华南理工大学 2014
本文编号：3054639
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电芬顿反应装置示意图
内蒙古科技大学硕士学位论文-21-3改性碳材料阴极的表征3.1电极材料SEM图像表征3.1.1泡沫镍及碳材料SEM图像图4.1泡沫镍及碳材料SEM图像由图4.1a所示，泡沫镍基底为三维网状结构，孔径为200μm左右的大孔，表层光滑无明显的颗粒状物质且存在明显的“龟裂”纹，交错纵横的裂纹有效提高了泡沫镍的比表面积，为碳材料修饰泡沫镍提供了着力点，有利于修饰后的稳定性。由图4.1b所示碳材料含有丰富的介孔和微孔，相互联结的结构构成了三维体系，具有较大的比表面积、稳定的框架结构和高孔隙率，有助于负载金属离子。3.1.2Cu-Pr/C及Cu-Ce/C电极SEM图像由SEM图像可以观察到碳材料存在于泡沫镍的表面与孔隙之间，形成了大孔、介孔、微孔并存的多种孔洞类型，大大增大了电极的比表面积。在扩散层中，孔的类型以大孔和介孔为主，由于聚四氟乙烯的加入，提高了电极材料的疏水性，O2在电极表面和溶液的三相界面中保持相对稳定的动态平衡，提高了溶液中的溶解氧含量，有利于阴极与O2之间的电子转移与质子传递；而催化层表面有大量相互联结的碳粒子，从而形成了大量以介孔和微孔为主的多孔结构，阴极表面这些明显的变化有利于O2在其表面和内部迅速扩散，提供更丰富的O2还原产生H2O2的活性位点，从而提高污染物的处理效率。由图d，f可以观察到Cu-Pr/C电极较Cu-Ce/C电极表面颗粒分布均匀且更为致密，这可能使得Cu-Pr/C电极具有更高的催化活性。同时由于碳材料紧密的附着在泡沫
内蒙古科技大学硕士学位论文-23-料表面可能含有-C=O、C-O-C等含氧官能团，这些官能团有利于2电子氧还原产生H2O2选择性的提高。图4.3电极材料EDS能谱图3.3循环伏安曲线分析图4.4为空气预曝气30min条件下循环伏安图，电极氧化峰出峰的位置分别在+0.22V、+0.4V和+0.46V左右，峰电流分别为0.0226A、0.0559A和0.0295A，分别是泡沫镍电极的2.47倍和1.30倍。图中显示改性材料的氧还原峰位置并不明显，分析认
【参考文献】：
期刊论文
[1]AQS/PPy修饰石墨板阴极应用于罗丹明B的降解[J]. 王珊琳,朱维晃,郑飞,査雪聪. 环境化学. 2019(09)
[2]3D打印气体扩散电极产H2O2及其对焦化废水的处理研究[J]. 邱珊,高伟杰,邓凤霞,朱英实,马放,杨基先. 中国环境科学. 2018(11)
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[4]电化学氧化技术深度处理焦化废水的研究进展[J]. 袁浩,李倩. 工业水处理. 2018(01)
[5]2016中国环境状况公报发布[J]. 本刊编辑部. 中国能源. 2017(08)
[6]曝气及外加H2O2强化电芬顿法处理石化反渗透浓水[J]. 吴月,孙宇维,王岽,张健,何沛然,李玉平,张忠国,曹宏斌. 化工进展. 2017(09)
[7]过渡金属氧化物修饰石墨毡阴极及电催化氧化性能测试[J]. 刘勇,崔乐乐,王嘉诚,景文珩. 无机化学学报. 2016(09)
[8]碳纳米管修饰泡沫镍空气扩散电极电-Fenton法降解水中对硝基酚[J]. 汤茜,任小蕾,孙娟,杨春维,王栋. 化工环保. 2016(04)
[9]固体废物中多环芳烃萃取的前处理技术及测定方法综述[J]. 徐为中,孙忠岩,吴迪,张雪英,周俊,郑涛,雍晓雨. 净水技术. 2015(02)
[10]电芬顿技术的研究进展[J]. 周蕾,周明华. 水处理技术. 2013(10)
博士论文
[1]焦化废水生物降解过程中有机污染物相互作用及强化技术[D]. 杨超.上海师范大学 2019
[2]焦化废水处理过程苯系物、苯胺类、重金属污染物的存在及去除特性分析[D]. 刁春鹏.华南理工大学 2012
[3]焦化废水对植物的毒性作用研究[D]. 董轶茹.山西大学 2010
硕士论文
[1]焦化废水节能降耗生物脱氮技术与新模式[D]. 李欢.北京交通大学 2019
[2]炭质吸附剂预处理焦化废水及其对有机组分的吸附分离分析[D]. 王丰.华南理工大学 2018
[3]碳材料阴极改性及其电芬顿应用的研究[D]. 陈阳.陕西科技大学 2018
[4]强化电芬顿法处理石化废水反渗透浓水的研究[D]. 吴月.中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所) 2017
[5]电芬顿预处理焦化废水有机物工艺优化与去除特性研究[D]. 樊蓉.太原理工大学 2016
[6]焦化废水生物处理出水溶解性有机物的光谱分析与吸附去除研究[D]. 贺润升.华南理工大学 2014
本文编号：3054639
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