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电化学氧化水处理技术,由于其对难生物降解和危险化学成分的有机污染物处理具有显著效果,并且效率高,操作方便,绿色安全,因此备受关注。但是常用的电极材料存在寿命短、稳定性差、制作工艺复杂,价格高昂等缺点。更重要的是,这些传统的电极材料一般属于二维平面材料,比表面积较小,水流只能平行通过电极表面,因此,反应器处理效率比较低。如何增大电极的有效面积,提高反应器处理效率,是电化学氧化技术发展中一个亟待解决的重点问题。为了克服平板状或块状的二维电极的缺点,近年来人们逐步研制出了三维电极材料,使电化学过滤技术得以发展起来,增强了传质效果的同时,显著提高了吸附与氧化效率,具有协同效应和动力学优点,非常适合处理苯胺这类难降解有机污染物。所以,本文通过自主设计制作的高通量碳纳米管(carbon nanotube,CNT)电化学过滤反应器对苯胺降解进行研究,探究反应器降解苯胺影响因素和降解机理。经过反应器降解后的出水苯胺浓度和电流利用效率作为主要评价指标,采用三电极工作体系研究反应器以再循环式和一过式工作方式运行时,水质条件(电解质浓度、初始pH值、苯胺初始浓度)和运行条件(阳极电势、流量)等因素对反应器降解苯胺的影响。研究结果表明:反应器以再循环式工作方式运行,电解质无水硫酸钠浓度为0.001mol/L、0.01mol/L和0.1mol/L时,随着电解质浓度增大,经过反应器降解后的出水苯胺浓度先降低再升高,而且电解质浓度过高,反应器降解苯胺的电流利用效率下降,电解质无水硫酸钠浓度为0.01mol/L时,经过反应器降解后的苯胺出水浓度最低;酸性(pH=2.0和pH=5.0)和碱性条件(pH=10.0)均不利于反应器对于苯胺的降解,pH值为7.0时,经过反应器降解后的出水苯胺浓度最低;苯胺初始浓度为20mg/L、30mg/L、40mg/L和60mg/L时,随着苯胺初始浓度增大,反应器对苯胺的整体去除量先增加再减少,苯胺初始浓度为40mg/L时,反应器对苯胺的整体去除量最大,达到7.87mg,去除率为82.36%;阳极电势为0.5V、1.0V、1.5V和2.0V时,阳极电势越大,经过反应器降解后的出水苯胺浓度越低,阳极电势为2.0V时,出水苯胺浓度最低;流量为5mL/min、10mL/min和15mL/min时,随着流量的增大,经过反应器降解后的出水苯胺浓度先降低再升高,流量为10mL/min时,出水苯胺浓度最低。反应器以一过式工作方式运行,电解质浓度、初始pH值、阳极电势和苯胺初始浓度对于经过反应器降解后的出水苯胺浓度的影响规律和最佳参数与反应器以再循环式工作方式运行时相同。流量为5mL/min、10mL/min和15mL/min时,随着流量的增加,经过反应器降解后的出水苯胺浓度逐渐升高,流量为5mL/min时,经过反应器降解后的出水苯胺浓度最低,但流量为10mL/min时,反应器对苯胺的整体去除量最大,达到13.21mg,去除率为22.5%。反应器以再循环式和一过式工作方式运行,在相同水质条件和运行条件下,随着反应时间的增加,反应器以再循环式工作方式运行降解苯胺的电流利用效率一般呈下降趋势,但一过式工作方式的电流利用效率可以保持相对稳定。除了pH值为酸性(pH=2.0和pH=5.0)和阳极电势较小(1.0V和1.5V)时,一过式工作方式电流利用效率均高于再循环式工作方式,一般为再循环式的2-4倍,且模拟苯胺废水初始浓度为40mg/L、阳极电势为2.0V、初始pH值为7.0、流量为10mL/min、电解质无水硫酸钠浓度为0.001mol/L时,反应时段为120min,反应器以两种工作方式运行的电流利用效率相差最大,一过式工作方式电流利用效率为再循环式工作方式的5.66倍。反应器以再循环式和一过式工作方式运行,降解苯胺较佳水质条件和运行条件均为:模拟苯胺废水初始浓度为40mg/L、电解质无水硫酸钠浓度为0.01mol/L、阳极电势为2.0V、初始pH值为7.0,流量为10mL/min。在该条件下,再循环式工作方式运行,反应器对苯胺的去除率可达82.36%,电流利用效率0.0725mg/C;一过式工作方式运行,反应器对苯胺的去除率可达22.5%,电流利用效率为0.1677mg/C。通过循环伏安法(cyclic voltammetry,CV)、常规脉冲伏安法(normal pulse voltammetry,NPV)对苯胺在碳纳米管电极上的电化学行为进行探究。CV曲线显示反应体系pH值和苯胺初始浓度对苯胺在碳纳米管电极上的反应具有一定影响,在0.5V(参比电极Ag/AgCl)左右出现氧化峰,析氧电位出现在1.0V(参比电极Ag/AgCl)左右,较低的氧化电位和较高的析氧电位,表明CNT电极对于苯胺的氧化降解具有良好的性能。NPV曲线显示电化学过滤工艺比常规电化学氧化具有更大的极化电流平台且扩散传质效果更好。对反应体系中TOC浓度、NO3-浓度和pH值的研究显示,苯胺的矿化程度远低于苯胺去除率,说明苯胺降解过程中存在大量中间产物,而硝酸根浓度随着反应时间增加而升高,pH值随着反应时间增加降低,也为后续苯胺降解中间产物的分析提供一定的基础,结合LC-MS分析可知,苯胺降解过程可能存有苯醌、甲基苯胺等中间产物。