Fe3O4/生物质碳阴极电降解抗生素废水的技术研究

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电催化高级氧化技术(Electrochemical Advanced Oxidation Processes,EAOPs)利用阴阳电极的协同作用和电催化过程中产生的过氧化氢(H2O2)等强氧化性的物质降解水中的污染物。传统电芬顿(E-Fenton)工艺作为EAOPs中的一种,存在H2O2生成量低、降解效果差、容易在阴极产生大量铁污泥等现象。因此,大规模推广E-Fenton技术的关键是促进Fe2+的还原再生、提高H2O2产生效率的方法并优化工艺条件。本文以废弃柚子皮为生物质碳源、以氯化铁为铁源,成功制备了四氧化三铁/生物质碳(Fe3O4/C)复合材料。将得到的Fe3O4/C复合材料制备成电极应用于电催化降解头孢他啶与诺氟沙星模拟废水,处理的过程与类E-Fenton方法相同。采用XRD、BET等表征手段对Fe3O4/C复合材料进行了简单分析。结果表明,Fe3O4/C复合碳材料具有较大的比表面积,使复合碳材料具更好电催化活性,并在降解过程中有效的提高了H2O2和羟基自由基(·OH)的产量。以Fe3O4/C复合碳材料为阴极,钛涂钌为阳极,建立了电催化降解体系;考察了电催化氧化过程中不同的电解条件对头孢他啶模拟抗生素废水和诺氟沙星模拟抗生素废水(两类抗生素)的降解效果,并与生物质碳阴极(C阴极)和商业阴极(DSA)对比,并进行经济分析。结果表明,Fe3O4/C复合阴极效果最好,在最佳电解条件下,即电解液(Na2SO4)浓度为0.1mol·L–1、头孢他啶初始浓度为10mg·L–1、极间距为3cm、pH为5、外加的电流密度为30mA·cm–2、电降解120min时,Fe3O4/C复合阴极材料对头孢他啶的降解率达到88.9%;持续电解6h后头孢他啶的COD去除率高达88.0%、电耗价格114元/吨;在相同的电解条件下,Fe3O4/C复合电极材料对诺氟沙星的降解率达到85.3%、降解8h后,诺氟沙星的COD去除率高达97.1%、电耗价格145元/吨。
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