电化学氧化法作为难生物降解废水处理技术而深受广大研究者们的关注,尤其是填充床电极反应器(Packed-bed electrode reactor,PBER)近些年发展速度快。然而,PBER阳极氧化有机物耦合产氢机理的研究尚不存在。基于此,本论文采用浸渍-焙烧法制备单组分和复合型?-Al2O3粒子电极进行苯酚模拟废水实验,同时分析PBER体系能耗,并采用N2吸附脱附技术、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和电化学测试等手段表征其微观形貌、物相组成以及电化学特性,且对电化学性能最佳的负载型粒子电极进行实验操作条件的优化。结合以上分析,初步探究填充床电极反应器降解苯酚的机理以及协同产氢的机制。本文的主要结论概括如下:(1)分别以单组分粒子电极Mn/?-Al2O3,Cu/?-Al2O3,Sn/?-Al2O3,Ni/?-Al2O3为填料,进行模拟苯酚废水电催化氧化实验。结果表明,Mn改性?-Al2O3颗粒活性组分脱落比较严重,苯酚和COD去除率呈现负增长现象,Cu/?-Al2O3的降解效果稍好于活性氧化铝,而Sn/γ-Al2O3、Ni/γ-Al2O3表现出很高的电催化氧化活性;同时UV谱图表明,Sn单组分催化剂相比于其他颗粒醌类中间产物积累较少。(2)将Ni按0%、6%、12%、20%摩尔量与Sn和Sb掺杂制备成复合型粒子电极(Ni相对Sn的摩尔量,Sn:Sb摩尔比为10:1),由水处理实验结果确定Ni含量为6%的粒子电极对苯酚转化效率最高,其苯酚去除率高达91.79%,此时的COD为79.64%,电流效率(ACE)与能耗(Esp)分别为88.50%、17.64 k Wh/kg COD。N2吸附脱附结果显示,负载后的γ-Al2O3粒子电极比表面积明显减小。XRD和SEM测试结果表明实验室制备的Ni O/γ-Al2O3、Sn O2-Sb/γ-Al2O3颗粒表面未出现明显的金属氧化物特征衍射峰,SEM图中亦无显著特征形貌;Sn O2/γ-Al2O3表面的二氧化锡晶格衍射峰最强,且分布均匀;Sn O2-Sb/γ-Al2O3掺杂Ni元素后氧化铝表面活性组分的结晶程度明显增强,XRD谱图中Sn O2和Sb2O5衍射峰随Ni含量的增加而呈增大趋势,且Ni含量为6%复合型粒子电极在γ-Al2O3表面上形成了连续的负载膜。电化学测试结果发现Sn O2-Sb-Ni(6%)/γ-Al2O3具有较高的析氧电位(1.92 V)、较大的伏安电荷量(3.670 C/cm2)、最小的电荷传递电阻(74.7?),且亚铁氰化钾/铁氰化钾体系CV曲线中iap(氧化峰电流)与v1/2(扫描速率平方根)线性拟合曲线斜率最大(1.964),以上综合表明Sn O2-Sb-Ni(6%)/γ-Al2O3粒子电极的电化学性能最优。(3)PBER体系操作条件的优化实验表明,Sn O2-Sb-Ni(6%)/γ-Al2O3在本实验范围内最佳电流密度为5 m A/cm2,最优电解质含量为4%,综合性能最佳的进水流速为1.2 L/h。从电流密度、电解质含量和流速对苯酚废水的降解特性研究,可发现这些影响因素的作用不容忽视,过低或者过高都不利于有机物的催化降解。(4)通过测试各粒子电极体系不同电解液中CV曲线,可发现本课题PBER内降解有机物的主要反应包括直接氧化和间接氧化,且改性?-Al2O3颗粒能够明显增强其直接氧化能力;计算各粒子电极体系比电容大小,可得掺Ni量为6%的Sn O2-Sb/?-Al2O3粒子电极具有最大有效酸度积累浓度。同时,PBER体系实现有机物协同产氢的最理想状态关键在于具有高比电容的粒子电极材料以及溶液p H值陡然升高对应的COD浓度。