论文部分内容阅读
三维电极电化学处理技术以其不需要投加药剂、设备简单等独特的优点在电化学水处理中备受关注。其中粒子电极作为反应器的第三极,在极大增加电极比表面积的同时,也促进了电解过程中的传质过程。页岩气是发展较快的天然气来源,当前已成为全球资源勘探开发的新热点,页岩气开发体积压裂工艺产生的以丙烯酰胺聚合物（PAM）为特征污染物的返排废液的处理成为环境保护、页岩气生产工业维持可持续发展的一个关键环节。论文以活性炭粒子电极为基材,将SnSb、SnSbCo进行了复合负载。对比单纯GAC、GAC/SnSb、GAC/SnSbCo三种粒子电极对聚丙烯酰胺的作用效果和电化学性能,结果表明:①三种粒子电极中,GAC/SnSbCo粒子电极对PAM模拟废水降解效果最好,其CODcr去除率最高可达34.2%,较GAC/SnSb高7%,GAC高14%。②GAC、GAC/SnSb、GAC/SnSbCo三种类型粒子电极对应的析氧过电位分别为 0.60、0.725 和 0.925V,即 GAC/SnSbCo>GAC/SnSb>GAC,表明GAC/SnSbCo作为粒子电极时,发生的副反应较少,电催化活性较高。③GAC、GAC/SnSb、GAC/SnSbCo三种类型粒子电极对应的阻抗Rf值分别为26.15、23.76和18.73Ω·cm-2,GAC/SnSbCo的阻抗最小,导电性能最好,④三种粒子电极中,以GAC/SnSbCo为粒子电极时产生的强氧化性物质羟基自由基的量最高,GAC/SnSb 次之,GAC 最低。分别考察了 Co的掺杂量和煅烧温度对PAM模拟废水作用效果和GAC/SnSbCo电化学性能的影响,并对其微观结构、晶体构型进行了表征,结果表明:①Co的掺杂量为2%时,对PAM模拟废水的降解效果最好,单位体积能耗最低,电解40min时,CODcr去除率和单位体积能耗分别为42.8%和10.13 kw·h/m3;②掺杂量为2%时,析氧过电位最高,为1.18V,负载型粒子电极发生的副反应较少,电催化活性较高。③煅烧温度为450℃时制备的GAC/SnSbCo粒子电极,对PAM模拟废水的降解效果最好,单位体积能耗最低,电解40min时,CODcr去除率和单位体积能耗分别为44%和10.21 kw·h/m3,析氧过电位最高达1.17V,电催化性能最好。④SEM对粒子电极微观结构观察可知,掺杂量为2%时涂覆效果最好,负载的金属氧化物团聚减小,粒度均匀。⑤XRD表征分析可知,最佳煅烧温度450℃时,SnO2体数量较多,发育完全,能够和SbOx、CoxOy很好地形成固溶体,既能增强其电催化活性又能增强其稳定性。GAC/SnSbCo负载型粒子电极处理PAM模拟废水,最佳电解处理条件为;pH = 6.0,粒子电极投加量600g/L,槽电压20V,胶圈绝缘方式,CODcr去除率高达57.3%。红外光谱表征可知,GAC/SnSbCo、GAC/SnSb粒子电极对PAM电化学降解历程相同,主要的中间产物为丙烯酸等小分子有机物,但GAC/SnSbCo粒子电极较GAC/SnSb氧化降解更为彻底。三维电极降解PAM废水电化学反应符合一级动力学方程。