PVDF改性陶瓷基PbO2电极制备及对氯霉素类废水降解研究

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近年来水环境中的抗生素污染愈加严重,我国主要河流湖泊中均有不同种类不同数量的抗生素残留检出,最高可达mg/L级别,给人类生存和生态平衡造成了极大威胁。电化学氧化法由于环保高效、操作简单等优点被广泛用于处理难降解有机废水,选择一种具有良好稳定性、催化活性以及耐腐蚀性的阳极材料是电化学氧化法的关键。Pb O2由于导电性良好、耐腐蚀性强常被选作阳极材料,为解决传统钛基Pb O2电极存在的活性层易脱落、稳定性差等问题,本文以陶瓷片作为基底,引入α-Pb O2中间层,并采用共沉积法在活性层掺杂PVDF得到陶瓷/α-Pb O2/β-Pb O2-PVDF电极。通过对电极形貌和电化学性能的表征分析改性机理,将陶瓷/α-Pb O2/β-Pb O2-PVDF电极用于降解氟苯尼考和氯霉素,探究各因素对污染物降解效果的影响并分别探究二者的降解机理。论文得出的主要结论如下:(1)电极的形貌、晶体结构、疏水性、析氧电位和稳定性分别通过SEM、XRD、水接触角、LSV曲线以及加速寿命实验加以研究,结果表明:陶瓷基底对于Ti基底的替代有利于电极稳定性的增强,PVDF的掺杂则有效提高了电极的析氧电位,使电极表面疏水性增强并很大程度上延长了电极的使用寿命。(2)对氟苯尼考的降解实验发现当电流密度为30 m A/cm~2、电解质浓度为100 mmol/L、氟苯尼考初始浓度为100 mg/L、初始p H为6.20时,120 min后氟苯尼考和TOC的去除率分别达到98.95%和60%。通过对7种中间产物的分析和3种降解路径的推测可知氟苯尼考在该电化学氧化体系中主要发生了脱卤反应和脱氟反应。以金黄色葡萄球菌为指示性微生物的抗菌活性实验发现随着降解时间的延长,氟苯尼考中间产物的抗菌活性逐渐降低。(3)氯霉素的单因素降解实验表明最佳条件为:电流密度20m A/cm~2、电解质浓度100 mmol/L、初始p H=6.0。利用响应面曲线法对该条件进一步优化发现三种因素对氯霉素去除率影响的显著性大小为:初始p H>电流密度>电解质浓度,其中电流密度和初始p H的交互影响最强。利用该模型预测氯霉素降解的最优条件为:电流密度20.84 m A/cm~2、电解质浓度101.29 mmol/L、初始p H=5.59,此时氯霉素实际去除率为99.38%,与理论值99.55%无明显差距。在最优条件下120 min内TOC去除率为28.9%。从淬灭实验可知相较于SO4·-,·OH在陶瓷/α-Pb O2/β-Pb O2-PVDF电极对氯霉素的降解中起主导作用。通过对中间产物的分析推测出氯霉素可能的降解路径,发现在该电化学氧化体系中氯霉素主要发生取代反应脱去-Cl、-C2H4NO和-OH。
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