蒽醌修饰石墨板电极应用于电芬顿降解罗丹明B的研究

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高级氧化法处理有机污染物的效果有目共睹,其中对电芬顿技术中阴极材料的性能研究也得到广泛关注。基于此,本文制备了一种能够高效产过氧化氢并且有效降解罗丹明B染料的石墨板阴极。本论文第一部分介绍修饰电极的制备与电化学特性。研究了修饰电极及溶解相AQS的电化学特性,并且进行比较。循环伏安特性曲线的结果表明,修饰电极具备良好的电化学活性。在氧气饱和的0.1 mol·L-1H2SO4溶液体系中,还原峰位置在-0.4 V(相较于银/氯化银参比电极),还原峰电流达到-0.1266 A,是裸电极的10.46倍,电子转移电量为4.80 C,是裸电极的5.7倍。同时电化学交流阻抗图谱和拟合数据结果表明,修饰电极表面电子转移内阻为0.169(?),约为裸电极的一半,这也阐明了电子转移量增大的原因。对溶解相AQS的电化学行为研究发现,其循环伏安曲线中氧化峰电流和还原峰电流与扫速开平方成线性关系。对比两者循环伏安曲线可知,修饰电极较溶解相AQS的氧化还原峰有向两侧移动的趋势,即修饰电极的可逆性降低。在0.5 mol·L-1H2SO4溶液中连续循环扫描20圈后发现修饰电极电化学稳定性较好。本论文第二部分对降解罗丹明B过程中不同影响因素进行了考察。在对阴极电位因素考察后得出,在电压为-0.1 V(相较于银/氯化银电极)时,修饰电极的降解率同裸电极相差最大。在对初始p H值进行研究后发现,电芬顿的最适p H为3.0,修饰电极在酸性条件下表现出较好的降解效果。亚铁离子是芬顿试剂之一,对于其浓度的探索发现,当亚铁离子浓度为0.2 mmol·L-1时,罗丹明B最终降解率在60 min内达到70.45%。最后通过长时间运行证明修饰电极具有高稳定性和重复运行可行性,七次平均降解率在80%以上。本论文第三部分对溶液中可能存在的自由基及反应机理进行考察。通过对过氧化氢含量进行测定后,60 min内修饰电极产过氧化氢最终积累量为92.90μmol·L-1,比裸电极高出4.56倍。对超氧自由基的检测发现修饰电极体系中该自由基的赋存量少。但是在相同浓度不同自由基淬灭剂条件下,对苯醌(BQ)能起到更加明显的抑制效果,即超氧自由基为羟基自由基的前体物质。最后通过分析罗丹明B降解过程推论出,AQS在体系中是以催化剂形式存在,有着蒽醌/氢醌的转化。体系中过氧化氢的主要来源就是由蒽醌催化分子氧还原产生超氧自由基,然后超氧自由基在酸性条件下结合氢离子进一步生成。体系发生降解是芬顿反应产生的羟基自由基的高效氧化结果。
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