钛基SnO2修饰电极电氧化降解PFOA、PFOS废水的研究

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全氟辛酸(Perfluorooctanoate,PFOA)和全氟辛磺酸(Perfluoroctansulfonate,PFOS)是两种较典型的全氟化合物(Perfluorinated Compounds,PFCs),具有持久性、难降解性、生物积累性和污染范围广等特点。目前国内外对于降解PFOA、PFOS等全氟有机污染物的研究较少,主要有超声热解、紫外光解、等离子氧化降解、过硫酸盐和臭氧降解等方法,但这些方法具有技术复杂、过程繁琐、能耗高、成本昂贵且脱氟效率低等缺点。因此,操作简单、成本低廉和高效稳定的PFCs降解方法和工艺亟待开发,而电氧化法因其能耗低、选择性强,近年来被尝试用于PFCs的降解。本研究采用溶胶-凝胶法制备了新型的Ti/Sn O2-F、Ti/Sn O2-Cl、Ti/Sn O2-Br、Ti/Sn O2-I电极和传统的Ti/Sn O2-Sb电极。采用扫描电子显微镜和能谱(SEM-EDS)、X射线衍射仪(XRD)等表征方法对Sb和卤素掺杂Ti/Sn O2电极表面形貌、成分和晶型进行了分析;利用加速电极寿命测试和线性扫描法(LSV)考察了Sb、卤素掺杂Ti/Sn O2电极的使用寿命和析氧过电位(OEP)。使用Sb和卤素掺杂Ti/Sn O2电极电氧化降解PFOA模拟废水,考察元素掺杂对Ti/Sn O2电极的电催化降解性能的影响。筛选出电极寿命长、析氧电位高和降解效率好的Ti/Sn O2-F电极作为阳极材料进行PFOA电氧化降解特性和机理研究。随后对Ti/Sn O2-F电极的制备条件和电氧化降解PFOA的电解条件进行优化,详细讨论了制备Ti/Sn O2-F电极的煅烧温度、老化时间及涂覆次数等因素对PFOA降解率的影响,确定了制备电极的最佳条件;在Ti/Sn O2-F电极电氧化降解PFOA的实验中,考察了电流密度,电解质,溶液初始p H值对PFOA降解率的影响,结果表明,在煅烧温度500℃,老化时间为14天,涂覆20次,初始溶液p H值3.7,电流密度20 m A/cm2,电解质为Na Cl O4时,电解30 min后PFOA的降解率达99.8%;根据对PFOA降解中间产物的分析,解析了PFOA电氧化降解过程的反应机理。在制备出具备高效降解特性的Ti/Sn O2-F电极后,考察在Ti/Sn O2-F电极基础上增加P、V、Ni、Fe、Er、Pr、Sb元素掺杂和Ti O2-NTs、Sn-Sb、Mn中间层对电极的稳定性的影响,结合各电极对PFOS降解性能的影响,筛选出显著提高了电极寿命且降解效率高的Ti/Sn-Sb/Sn O2-F-Sb电极;优化了Ti/Sn-Sb/Sn O2-F-Sb电极电氧化降解PFOS的电解条件,结果表明,在掺杂比Sn:F:Sb=9:0.25:1,电流密度20 m A/cm2,初始溶液p H值6.48条件下,电解120 min后PFOS的降解率达99.6%。并根据全氟辛磺酸降解中间产物的分析和TOC、F-去除率的变化,提出了电氧化降解PFOS的反应机理。
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