改性类芬顿体系对废水的降解及机理研究

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芬顿法作为一种绿色高级氧化技术,因其反应中生成氧化电位高达2.8eV的强氧化剂羟基自由基(·OH),实现高效氧化水中有机物,在水环境污染控制领域具有广泛的应用前景。芬顿法具有试剂无毒性、氧化效率高、操作简单等优点。然而,其过氧化氢(H2O2)产率低、反应所需pH范围较窄、需要外投铁离子等问题制约了芬顿法在高级氧化领域中的发展。本课题针对目前类芬顿法中存在的问题,在电–芬顿与光–芬顿中,通过使用新型电解质、改性阴极材料、改性光催化剂等,来提高各类芬顿体系降解有机印染废水的效率。论文的主要研究内容包括以下几方面:(1)三聚磷酸钠(STPP)/电–芬顿(Electro-Fenton)本实验以三聚磷酸钠(STPP)作为电解质,铁棒作为阳极,碳纤维毡为阴极,组成新型电–芬顿(EF)体系。使用亚甲基蓝作污染物,经过降解一小时后,STPP/EF中有近96%的亚甲基蓝去除,将硫酸钠和乙二胺四乙酸作为电解质分别进行对照实验,其降解率为硫酸钠/EF的1.7倍,为乙二胺四乙酸/EF的1.2倍。改性后电–芬顿体系的最佳运行pH为6,且在pH为4-10的范围内均有较好的降解能力。一小时内,STPP/EF体系的过氧化氢累积量为4.2 mg/L。乙二胺四乙酸/EF的过氧化氢累积量为6.4 mg/L,硫酸钠/EF为1.7 mg/L。通过对三聚磷酸钠/双池EF的研究发现,双池电–芬顿体系可以实现阳极和阴极共同产生过氧化氢,一小时后过氧化氢累积量分别为阴极5.4 mg/L和阳极3.9mg/L。(2)铁氮掺杂的石墨烯气凝胶(FNGA)/电–芬顿(Electro-Fenton)本实验以硫酸钠作为电解质,铂片作为阳极,铁氮共掺杂的石墨烯气凝胶(FNGA)为阴极,组成新型电–芬顿(EF)体系。其中,铁氮共掺杂石墨烯气凝胶(FNGA)通过水热法制备。对材料进行表征后结果显示,FNGA具有良好的形貌结构。使用罗丹明B作污染物,经过降解一小时后,FNGA/EF中罗丹明B的降解率为97.6%,比使用石墨烯气凝胶作为阴极材料时高3.6%,比使用碳板时高8.8%。将体系用于COD降解,一小时后FNGA/EF中COD的去除率可达88.63%,比使用石墨烯气凝胶时高13%,且使用FNGA时所需能耗更低。在阴极材料重复使用的实验中,FNGA在重复使用10次后对罗丹明B的去除率仍能达到94.3%,表明其具有较好的稳定性。(3)聚酰亚胺(PI)/光–芬顿(Photo-Fenton)本实验以汞钨混光灯为光源,聚酰亚胺(PI)为光催化剂,硫酸亚铁为铁源,组成新型光–芬顿(PF)体系。其中,聚酰亚胺(PI)通过固热-烧结法制备。对材料进行表征,表明聚酰亚胺反应已完成,且具有良好的形貌结构。使用罗丹明B作污染物,经过降解一小时后,PI/PF中罗丹明B的降解率为62.8%,比使用传统光催化剂g-C3N4时高31.9%。将PI应用于光芬顿系统中,反应一小时后,PI/PF体系的过氧化氢累积量为114 mg/L,g-C3N4/PF体系的过氧化氢累积量为83 mg/L。
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