【摘 要】
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吡啶是一种难降解的含氮杂环化合物(NHCs),其相关废水难以用单一的处理技术有效处理。电化学高级氧化过程(EAOPs)具有环境友好、能源效率高、工艺控制简单、适用于各类污染物降解等优势,被认为是一种有效的吡啶废水处理技术。EAOPs技术的核心即产生大量的羟基自由基(HO·),但目前缺乏高效、简单的HO·检测技术。通过选择稳定合适、选择性高和灵敏度好的HO·捕捉剂,建立一种紫外-可见分光光度法HO·
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吡啶是一种难降解的含氮杂环化合物(NHCs),其相关废水难以用单一的处理技术有效处理。电化学高级氧化过程(EAOPs)具有环境友好、能源效率高、工艺控制简单、适用于各类污染物降解等优势,被认为是一种有效的吡啶废水处理技术。EAOPs技术的核心即产生大量的羟基自由基(HO·),但目前缺乏高效、简单的HO·检测技术。通过选择稳定合适、选择性高和灵敏度好的HO·捕捉剂,建立一种紫外-可见分光光度法HO·检测方法研究EAOPs期间HO·的产生及影响机制,对研究有机物的电化学氧化机理具有重要的意义。本文选择了两种HO·捕捉剂,即水杨酸(SA)和对苯二甲酸(TA)对相同电化学条件下产生的HO·进行捕捉。在相同浓度下,SA和TA(反应前10 min)与HO·的电化学氧化反应符合一级反应动力学。SA和TA的反应速率常数k分别为2.90×10-4 s-1和1.35×10-3 s-1(反应前10 min)。与SA对比,在相同时间内,TA对HO·的累积捕捉量更大,捕捉效率更高。以TA为捕捉剂,通过紫外-可见分光光度法进行检测电化学体系产生的HO·,研究HO·生成的最优电化学条件。结果表明:三种电极材料(泡沫镍、泡沫铁、石墨)电化学性能差别不大,但在相同电化学条件下,泡沫镍电极所需提供电压最小。随着电解质Na2SO4浓度增加,电子在溶液中的迁移速率加快,而在这个过程中,HO·的捕捉速率大幅提高。碱性条件更有利于HO·的生成,pH在3~9范围内,HO·累积捕捉量随着溶液pH值的增高而增加。pH增大至9后,电化学体系产生的HO·量趋于稳定。电流密度对HO·的生成速率影响很大,相同的电化学氧化条件下提高电流密度可加速自由基的产生,TA的羟基化反应速率增加,自由基捕捉效率提高。通过RSM(Box-Behnken)设计法进行实验设计,对HO·生成的相关电化学条件进行优化,各因素对HO·生成的影响程度排序如下:电解质浓度c(Na2SO4)>电流密度>pH。研究不同pH条件下,吡啶在本电化学体系中的降解机理。根据不同pH条件下吡啶溶液反应前的循环伏安扫描分析,整体氧化还原峰不明显,说明吡啶不与电极直接反应。而吡啶溶液经电化学反应后,均出现明显氧化还原峰。原因是在电化学体系中,吡啶降解生成了小分子有机物,从而导致溶液更容易发生氧化还原反应。对吡啶降解产物进行GC-MS分析,表明不同pH条件下,电化学处理吡啶的降解产物不同,主要原因是pH条件影响HO·对吡啶的开环方式。
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