發(fā)布時間：2019-09-22 01:26

【摘要】：汞(Hg~0)是唯一以氣態(tài)形式存在于大氣中的重金屬污染物,極易通過大氣循環(huán)造成全球范圍的污染,并可通過生物富集對動植物及人體產(chǎn)生較大的危害,因此對汞排放的控制迫在眉睫。本研究采用自制氣體擴散電極電催化反應(yīng)器對模擬氣體中的Hg~0進行氧化處理研究;探討了不同條件下氣體擴散電極產(chǎn)H_2O_2的能力,研究了其對Hg~0的去除效率,并探究了機理;對比研究了電-芬頓、電-光催化氧化等復(fù)合體系氧化Hg~0的能力。首先,本研究制備了表面平整、透氣性好、具有一定機械強度且內(nèi)部有較多的"氣-液-固"三相接觸面的氣體擴散電極。設(shè)計制作了電催化反應(yīng)器,以氣體擴散電極作陰極,Ti/IrO_2作陽極,模擬氣體自反應(yīng)器下部通入,在一定的壓力下進入氣體擴散電極進行擴散,并在通電的情況下模擬氣體中的氧氣在三相接觸面上進行氧還原反應(yīng)產(chǎn)生H_2O_2,考察了碳種類、電解電壓、電解質(zhì)濃度等因素對H_2O_2產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明:以碳黑(VulcanXC-72)為表面碳材料制備的電極有較大的H_2O_2產(chǎn)量及電流效率,4 V,120min后H_2O_2濃度為24.4mmol/L,其電流效率在60%以上;6V,120min,H_2O_2濃度約為3 V時的4倍;電解質(zhì)濃度為0.8 mol/L時,產(chǎn)量為51.6 mmol/L;氧氣含量由6%增至21%時,H_2O_2的產(chǎn)量變化小于5%;反應(yīng)最佳pH值為7,酸性或堿性都不利于H_2O_2的產(chǎn)生;過高的反應(yīng)溫度不利于溶液中H_2O_2的累積,當電解液溫度達到70℃時,H_2O_2濃度僅為1.9 mmol/L。其次,將自制的高效產(chǎn)H_2O_2的氣體擴散電極應(yīng)用于電催化氧化脫除模擬氣體中Hg~0實驗研究,發(fā)現(xiàn)電極性能較穩(wěn)定且具有較好的氧化去除Hg~0的能力。在研究過程中考察了電解電壓、氣體流量、電解液溫度等因素對產(chǎn)H_2O_2的影響。Hg~0的初始濃度為350μg/m3,以碳黑(VulcanXC-72)為表面碳材料制備的電極優(yōu)于石墨制備的電極,對Hg~0的去除率為33.9%;電壓由3 V升至6 V時,Hg~0去除率由21%增至46%;電解質(zhì)濃度的增加可提高Hg~0去除率,Na_2SO_4溶液濃度由0.05 mol/L升至0.8 mol/L,其對應(yīng)的Hg~0去除率從24%提升至72%。結(jié)論證明在氧還原體系中產(chǎn)生的較高濃度的H_2O_2有利于Hg~0的氧化脫除,同時研究發(fā)現(xiàn),Hg~0的去除率不僅依賴于H_2O_2的濃度,而且受氧還原反應(yīng)生成的強氧化性自由基的影響。電解質(zhì)溶液的pH影響H_2O_2的產(chǎn)量和穩(wěn)定性,最佳pH值為11,對應(yīng)的Hg~0的去除率為60%;高溫也會促進H_2O_2的分解,當電解液溫度為70℃,其對應(yīng)的Hg~0去除率可達91%。然后,通過在電解液中加入適量的Fe~(2+)的方式構(gòu)建電-芬頓體系,進一步強化電催化氧化體系對Hg~0的氧化能力。該復(fù)合體系氧化去除Hg~0的能力相較于電催化氧化體系有了大幅度的提升,當Fe~(2+)為10 mmol時,Hg~0的去除率達到了 82.6%,比相同條件下不加Fe~(2+)時的去除率提高約三倍,最佳pH值在3左右。同時,在反應(yīng)的過程中出現(xiàn)了鐵泥堵塞氣體擴散電極孔道的現(xiàn)象,導致電極重復(fù)性較差。最后,通過在電催化氧化體系中引入紫外光的方式構(gòu)建了電光一體反應(yīng)體系強化Hg~0的脫除。該復(fù)合體系主要利用紫外光具有的能量將單質(zhì)汞激發(fā)轉(zhuǎn)化為氧化態(tài)汞,同時促進了陰極間接氧化生成的H_2O_2進一步分解為具有強氧化性的羥基自由基,該復(fù)合體系具有較好的氧化Hg~0的能力。4V、0.1mol/LNa_2SO_4作為電解質(zhì)溶液的條件下,電-光氧化體系可以實現(xiàn)70%的Hg~0去除率,并且隨著電壓增加、氣體流量提高、電解質(zhì)濃度增加,Hg~0去除率都有一定的提高。為強化體系氧化能力,構(gòu)建了電光串聯(lián)氧化體系,結(jié)合了單獨氧化體系的優(yōu)勢,Hg~0的去除效率較高,可以達到86.0%。
【學位授予單位】：華東理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：X701

【參考文獻】

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本文編號：2539661