在过去的几十年里,随着塑料制品需求日益增长,其中检测到的内分泌干扰物邻苯二甲酸二甲酯（Dimethyl phthalate,DMP）,对公众健康造成威胁而受到广泛关注。近年来由于电芬顿（Electro-Fenton,EF）技术在废水处理研究领域表现出低成本、高效率的优势,让其已成为高级氧化技术（Advanced oxidation process,AOPs）中的重点研究对象。在EF过程中,阴极电催化产生的H₂O₂含量往往决定了降解有机污染物所需的氧化物种·OH的数量,从而决定了EF运行的效率,将电位设定在最有利于两电子氧还原（Two-electron oxygen reduction reaction,2e^-ORR）电极过程发生的区间用于EF降解已成为了一种被公认的操作手段。然而由于（1）溶解氧在电解液中浓度低（2）2e^-ORR为多电子参与的电极过程,在一般情况下最有利于2e^-ORR发生的电位要远远高于运行铁还原（Ferric iron reduction reaction,FRR）电极过程的最佳电位。使用单一较高的电位来控制EF的降解过程,虽然可以拥有可观的H₂O₂电催化产率,但由于FRR在较高电位下被抑制,这种操作手段似乎并不能充分发挥EF的最大降解潜能。然而若施加较低恒电位运行EF,虽然阴极拥有了更适宜的Fe²⁺条件,但最终会由于H₂O₂产量不足而造成EF效率降低。因此,化解2e^-ORR与FRR电极过程之间的矛盾,以此释放降解效率潜能对提升EF效率有着重大意义,本课题通过提出以下三个对策,尝试将2e^-ORR与FRR电极过程进行协调,最终达到提升EF降解效率同时减少能耗的目的:（1）低ORR过电位的凤眼莲衍生氮掺杂碳阴极制备和EF性能本工作采用熔融ZnCl₂盐对凤眼莲生物质进行碳化,制成电极后应用于EF降解水体中内分泌干扰物DMP。在通过BET的表征结果来看,发现前驱物和盐的质量比达到1:3时,其比表面积为829 m²·g^-1,相比于未熔盐碳化前的323 m²·g^-1提升了2.6倍,则说明了熔盐ZnCl₂在凤眼莲碳材料表面产生了丰富的孔道结构。对生物质碳电极做EIS扫描,发现熔盐碳化后的Warburg常数仅为0.051。从XPS表征结果可发现熔盐碳化后的生物质碳的氮物种含量从2.38 at.%提升到了7.71 at.%。可推断巨大的比表面积不仅导致了材料的物质传输能力的增强,同时也暴露了更多的ORR氮活性位点,最终增强了生物质阴极材料2e^-ORR的催化活性。从H₂O₂的测试结果可看出,反应30 min产H₂O₂最佳电位由原先的-1.2 V降低至-0.7 V,同时H₂O₂产量从1.09 mmol·L^-1提升至1.7 mmol·L^-1,反应5 min时产H₂O₂电流效率也高达81.2±2.5%。在电解质中投加0.5 mmol·L^-1的Fe²⁺后,可将50 mg·L^-1的DMP在10 min内完全降解,其降解动力学常数高达0.318 min^-1。从TOC测试结果可知,反应30 min则可矿化86.8%的DMP,其能耗为60.15 kW·h·kgTOC^-1。（2）双电位电芬顿（Dual-potential-EF）的设计和EF性能在使用恒电位进行EF实验的过程中,往往会依据最佳的2e^-ORR电位而设定降解电位,由于在该电位下可以获得最佳H₂O₂产率,因此认为此措施可以获得EF最佳降解效果。事实上,EF包含了两个电极过程,即2e^-ORR和FRR。本实验采用ACF作为阴极,通过对不同电位下两电极过程的反应效果测试可知,FRR运行最佳电位为-0.1 V,远低于2e^-ORR的-0.5 V。在施加-0.5 V进行EF降解时,虽然体系拥有高效的H₂O₂电催化性能,然而Fe³⁺的还原受阻,从而限制了EF的降解能力。通过对TOC矿化率进行测试,施加恒电位-0.1 V进行矿化60min,体系对DMP的矿化率仅有12%,施加-0.5 V进行矿化相同时间内矿化率达到73.4%,因此,仅施加低电位进行EF反应,虽然具有良好的FRR效果,然而产生的H₂O₂浓度过低又不足以支撑整个EF反应体系。根据以上的实验基础,本文提出了一种全新的双电位策略,通过周期性施加最佳H₂O₂生成电位和Fe³⁺还原电位以解决2e^-ORR和FRR两个电极过程之间的矛盾,确保了EF体系在拥有较高H₂O₂电催化性能的基础上,同时具有良好的Fe²⁺/Fe³⁺循环能力。通过EPR测试对·OH的检测,发现与恒电位法相比,双电位的实施能够产生更多的·OH用于氧化污染物,展示了双电位的实施增强了2e^-ORR和FRR间的协同作用。从矿化结果可知,DMP矿化率在30 min内就达到了94.0%,相比于恒电位法,相同时间内的矿化率提升了20.6%。通过对矿化能耗的计算结果发现,双电位条件下矿化DMP的能量消耗为0.762×10⁴ kJ·kgTOC^-1,而施加恒电位的相应能耗为1.54×10⁴ kJ·kgTOC^-1,矿化能耗降低。（3）铁还原电芬顿（FRR-EF）的设计和EF性能在EF运行过程中,由于溶解氧在电解液中浓度低,并且2e^-ORR是多电子参与的电化学反应,因此往往需要施加较高的过电位才能产生足够的H₂O₂进行反应。然而,在高过电位下阴极表面发生着剧烈的2e^-ORR反应,并伴随着4e^-ORR甚至HER反应,这些反应消耗阴极表面的质子,最终造成电极碱化。Fe²⁺/Fe³⁺在获得OH^-则沉淀在阴极表面,脱水后形成铁膜结晶。本工作通过XRD、XPS以及SEM测试发现,铁膜的主要成分为FeOOH和Fe₂O₃结晶。通过EIS测试可以发现,铁膜的存在不但增大了阴极的极化电阻,同时降低了其离子传质效率。通过循环实验可知,高过电位下进行降解,随着降解次数的增加,降解效果逐渐变差。在此研究基础上,通过引入气体扩散电极（Gas diffusion electrode,GDE）装置,从LSV测试结果可知,阴极直接利用气态氧进行反应,大大增强了阴极在低电位下的2e^-ORR能力,保证了体系对H₂O₂的需求。此时施加FRR最佳反应电位进行EF降解,其降解效果要优于传统的高电位降解,与此同时节省了能耗也延长了阴极的使用寿命。