發(fā)布時(shí)間：2020-04-18 16:29

【摘要】：電芬頓技術(shù)是一種原位產(chǎn)生H_2O_2與Fe~(2+)催化劑反應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)氧化性羥基自由基,以有效去除有機(jī)污染物的高級氧化技術(shù)。陰極材料的特性是影響電芬頓過程中H_2O_2產(chǎn)量和速率的重要因素。碳基材料因其比表面積大、成本低等特性而被廣泛用作陰極,但其動(dòng)力學(xué)性能相對較低。而一些陰極材料如硼摻雜金剛石電極和汞電極雖然能夠提供良好的動(dòng)力學(xué)性能,卻成本昂貴且環(huán)境不友好。因此,合成一種可再生、低成本和高效率的陰極材料以促進(jìn)氧還原產(chǎn)生H_2O_2用于電芬頓體系處理廢水顯得尤為必要。本文通過簡單的一步電沉積法,以聚吡咯(PPy)為框架與可再生生物聚合物木質(zhì)素(lig)摻雜制備復(fù)合材料,所形成的PPy/lig聚合膜能夠均勻地包裹于石墨氈(GF)基體電極的表面,表面積增大。另外,木質(zhì)素作為大分子摻雜能夠增加材料的機(jī)械穩(wěn)定性并且材料表面富含C=O官能團(tuán)(包括醌基基團(tuán))。這些特性提高PPy/lig-GF陰極氧還原產(chǎn)生H_2O_2的電催化活性,當(dāng)施加陰極電位(-0.5 V vs.SCE)時(shí),與未修飾GF和PPy/ClO_4~--GF陰極相比,PPy/lig-GF具有更高的電催化產(chǎn)生H_2O_2產(chǎn)量和電流效率。將所制備的陰極材料(修飾或未修飾)應(yīng)用于電芬頓體系降解AO7,其脫色和礦化效率符合一級動(dòng)力學(xué)模擬并且PPy/lig-GF陰極具有更高的速率常數(shù)和降解效率。此外,木質(zhì)素?fù)诫s能夠顯著改善陰極材料的循環(huán)穩(wěn)定性。著眼于木質(zhì)素化學(xué)結(jié)構(gòu)本身,本文還探討不同木質(zhì)素單體對電芬頓催化性能的影響。不同木質(zhì)素單體比未修飾GF表現(xiàn)出良好的氧還原產(chǎn)生H_2O_2能力。由于木質(zhì)素單體的酚類物質(zhì)含量不同,使得電化學(xué)氧化制備電極過程中所形成的醌基基團(tuán)含量也有所差異。聚吡咯/丁香酸(PPy/SA-GF)和聚吡咯/阿魏酸修飾石墨氈陰極(PPy/SA-GF)在電壓為-0.5 V時(shí),H_2O_2產(chǎn)量最高,分別為267.75和197 mg L~(-1);而聚吡咯/4-香豆酸陰極(PPy/p-CA-GF)則在電壓為-0.8 V時(shí)對應(yīng)最大H_2O_2濃度,為147.44 mg L~(-1)。另外,PPy/SA-GF對應(yīng)的H_2O_2單位面積的速率常數(shù)和電流效率最高且能耗最低。物理化學(xué)表征結(jié)果表明其良好的氧還原能力歸因于大的比表面積、良好的導(dǎo)電性、富含活性位點(diǎn)(醌基基團(tuán)和C=O)和缺陷度的增加。
【圖文】：

圖 1-1 O2在陰極發(fā)生還原反應(yīng)的機(jī)理圖Fig. 1.1 The reaction mechanism of oxygen reduction on the cathode.機(jī)理可以得出，O2在陰極上還原生成 H2O2主要有兩個(gè)過程：解液中的溶解氧逐漸向陰極電極表面擴(kuò)散并吸附；附在陰極表面的 O2通過雙電子還原反應(yīng)產(chǎn)生 H2O2。2的生成及其穩(wěn)定性起決定性的因素有反應(yīng)器的規(guī)格、陰極材料[34]。在陰極材料的表面發(fā)生電化學(xué)還原反應(yīng)（反應(yīng)（1-12））或自身發(fā)生分解，這些副反應(yīng)都將導(dǎo)致 H2O2的減少和電流效率的H2O2+2e-→2OH-（1-12）2H2O2→O2（g）+2H2O （1-13）陰陽兩極室的體系中，H2O2在陽極則會(huì)被氧化為 O2，并且反應(yīng)O2 ，具體反應(yīng)如下[36]：

預(yù)處理方法為：將鈦絲裁剪成 15 cm 的長度，使用前，用無水乙 min，并用去離子水充分沖洗，，在室溫下晾干。反應(yīng)裝置體系主要是由電極、反應(yīng)器、曝氣裝置以及數(shù)據(jù)采集裝置四個(gè)。反應(yīng)器由有機(jī)玻璃而制成，其容積為 250 mL。以修飾/未修飾作電極、鉑網(wǎng)電極（1 cm×1 cm）為對電極以及飽和甘汞電極為三相電芬頓體系。其中，工作電極和對電極距離設(shè)定為 3 cm。與電化學(xué)工作站相連，施加一定的電壓，記錄電流-時(shí)間曲線以效率和能耗。此外，整個(gè)電芬頓反應(yīng)體系需要額外得鼓入高純的供給，因此，在工作電極和對電極連線中點(diǎn)處設(shè)置曝氣孔（孔徑由透明膠管通入，并且通過氣體流量計(jì)對高純氧氣的流速進(jìn)行孔徑為 6 mm）則設(shè)置在與參比電極相對的另一側(cè)。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X505

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 周蕾;周明華;;電芬頓技術(shù)的研究進(jìn)展[J];水處理技術(shù);2013年10期

2 路瑤;魏賢勇;宗志敏;陸永超;趙煒;曹景沛;;木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)研究與應(yīng)用[J];化學(xué)進(jìn)展;2013年05期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 張文瑾;基于木質(zhì)素制備多孔碳材料去除水中六價(jià)鉻的研究[D];山東農(nóng)業(yè)大學(xué);2017年

本文編號：2632287