焦化废水是典型的难降解工业废水,生化处理出水很难达到排放标准。电芬顿技术以电能为驱动力,通过阴极氧还原反应产生H₂O₂,具有高效清洁等优点。传统电芬顿材料氧还原反应活性受到抑制,存在电流效率低、H₂O₂产量少等缺点,因此研发出性能良好的阴极材料成为研究热点。本研究为提高阴极表面氧还原反应催化能力,以泡沫镍为基体,采用金属掺杂的方法对材料进行改性,结合材料表征及电化学性能测试,通过电芬顿降解焦化尾水,考察反应参数对有机物去除的影响,探究焦化尾水中有机物的去除特性。本文以竹粉为原料,热分解法制备碳材料,经金属掺杂改性可知,以泡沫镍为基体,经涂覆焙烧得到改性阴极材料。对材料进行扫描电镜测试,碳材料具有多孔结构且结构稳定,阴极材料催化层具有多孔结构,表面活性位点增加,促进了氧气在阴极表面的传质过程,减少了泡沫镍的溶出。EDS显示金属含量与添加量一致。对电极进行电化学性能测试,由CV曲线可知,电流响应电位发生正向偏移,改性电极材料提高了电活化面积和材料表面氧还原能力。由LSV曲线可知,改性材料电极提高了氧还原电流响应值,增强了电极催化能力,有利于H₂O₂的产生。通过以焦化尾水TOC去除率为响应值,对电芬顿体系中初始pH值、电流大小、Fe²⁺浓度及反应时间进行单因素实验,最佳反应条件为:pH值为3、电流大小为200mA、Fe²⁺浓度为100mg/L、反应90min,最优反应条件下:Cu-Pr/C电极和Cu-Ce/C电极TOC、COD去除率分别达到83.70%、78.35%和95.23%、94.57%,UV₂₅₄值分别下降到0.238、0.305。对焦化尾水中COD去除过程进行反应动力学拟合,反应动力学常数明显提高。对改性阴极材料重复使用10次后,仍具有较高的催化能力。分析焦化尾水中有机物的去除效能:UV-Vis表明,随反应时间增加,特征吸收峰强度明显下降,芳香族化合物得到有效降解,有机物浓度下降;FTIR表明,焦化尾水与电芬顿反应出水中都含有O-H拉伸振动、不饱和双键和三键C≡N伸缩振动、硫氢C-S伸缩振动及硫氢C=S伸缩振动等不饱和结构双键类和芳香类化合物,随反应时间增加,官能团与化学键的振动频率降低。3D-EEM表明,焦化尾水中含有类酪氨酸、类色氨酸、可溶性微生物副产物、类腐殖酸及类富里酸等物质,电芬顿体系处理后,荧光峰强度均有明显降低,部分荧光峰消失,且没有产生其他荧光物质。GC-MS分析表明:焦化尾水中含有大量的醇类、酚类、有机酸及酯类等芳香性有机物,有机物主要以含氧杂环、苯系物、醇类及酯类等大分子有机物为主,电芬顿体系处理后,特征峰值明显下降,大分子有机物转化为以烷烃类化合物为主的小分子有机物。研究表明碳材料掺杂活性金属能够改善电芬顿阴极氧还原性能,提高处理效率,降低电能消耗,本实验电芬顿体系运行结果表明改性电极对焦化尾水中有机物具有良好的去除效果,为金属改性阴极材料去除废水中难降解有机物提供了技术支持,具有较高的应用前景。