论文部分内容阅读
作为一种环境友好型技术,电化学还原技术由于能够有针对性地脱除含氯有机化合物中的氯原子,已经成为含氯有机化合物的研究热点。但是目前电化学还原技术处理含氯有机化合物废水的研究存在对污染物降解效果差或由于阴极材料的复杂合成导致电极稳定性差等问题,因此在电极材料的选择获取方便、成本低廉与使用优化上有待进一步研究。为实现药品和个人护理品(PPCPs)中典型含氯有机化合物氯霉素(CAP)的高效降解和脱氯,本课题构建了一套简易的电化学还原体系,主要探究了电化学还原体系的建立与优化、该体系对CAP降解的效果、反应体系的稳定性、该体系降解CAP的路径和机制以及毒性分析。商业化电极材料筛选结果显示,碳毡阴极表现出最佳的CAP降解效果,循环伏安结果表明CAP存在时在-0.4 V(vs.SCE)出现比较明显的还原峰,表明在碳毡电极表面可能发生了CAP的阴极还原反应。反应动力学模型拟合结果表明CAP在碳毡阴极电还原系统中的降解过程符合一级反应动力学模型。在阴极电位为-1.4 V(vs.SCE)、pH为7、电解质为50 m M NaClO4的条件下达到了CAP的最佳去除率,60 min内实现了CAP的完全去除,降解速率常数为0.162min-1。在不同的CAP初始浓度下电解60 min后CAP均得以高效去除,CAP降解速率常数可达0.147~0.171 min-1。电还原系统中阴极脱氯在整个电解时间内持续进行,60 min时Cl-转化率达到60.5%。Cl元素在碳毡阴极电还原系统经历了持续脱除并生成Cl-的历程。通过扫描电子显微镜(SEM)对碳毡阴极的微观形貌进行了观察分析,同时通过重复性实验证明了碳毡电极对于CAP连续去除有着稳定的电化学性能。2 m M过一硫酸盐(PMS)的加入增强了碳毡阴极对CAP降解的矿化效果,电解240min后总有机碳(TOC)去除率达到69.7%。研究分析出了电还原体系中CAP降解过程的5种中间产物,并进一步给出了CAP可能的降解路径。电子自旋共振技术(ESR)及猝灭实验证明了活性氢原子的存在,CAP在碳毡阴极电化学体系中的降解机制主要通过活性氢原子的间接还原作用和电子的直接还原作用实现。通过密度泛函理论的计算,探究了CAP中容易被攻击的活性位点并验证了脱氯过程降解路径的可行性。ECOSAR软件对CAP及其产物毒性预测结果显示碳毡阴极电还原体系的降解过程中的产物毒性低于CAP毒性,说明还原过程可有效降低原始污染物毒性。本课题通过碳毡阴极电还原体系对CAP还原降解的研究为CAP的高效降解提供了新材料选择和思路,通过脱氯过程实现CAP降解,同时为电化学还原技术去除PPCPs中含氯有机化合物提供理论支持。