【摘要】：陰極氧還原反應(ORR)分為2電子和4電子途徑,反應路徑與陰極材料的種類和結構密切相關。通過2電子ORR可由氧氣或空氣一步合成H202,主要用于陰極電Fenton高級氧化技術降解有機物,該技術因H2O2在線連續(xù)生成、氧化效率高、無二次污染等優(yōu)點引起了廣泛關注。合適的陰極材料是保證電Fenton氧化效率的關鍵。氮摻雜碳對ORR的催化作用已在很多研究中得到證明,因此各種摻氮碳材料被合成和表征,但大多合成步驟繁瑣,不利于規(guī)�；a。商品的聚丙烯腈基碳纖維(PAN-CF)由丙烯腈單體經紡絲、聚合、高溫碳化等步驟制得,具有天然的摻氮結構,可能具有優(yōu)良的ORR活性。因此本文首次選取PAN-CF作為陰極電Fenton過程的陰極材料,采用利于溶解氧傳質的刷狀電極,研究了其電生H202的性能及用于電Fenton體系中降解有機物的性能：通過電化學活化PAN-CF,獲得了ORR活性顯著提高的EMPAN-CF,對電化學活化引起的摻雜氮結構的改變與ORR活性的顯著提高存在的關聯(lián)進行了研究：最后評價了EMPAN-CF陰極電生H202性能、能耗以及在電Fenton體系中氧化有機物的性能。主要的研究內容和結論如下：1.以PAN-CF刷狀電極(PAN-CFB)為陰極,研究了其在H2SO4、Na2SO4和NaOH溶液中的氧還原活性及電生H202性能,在3種介質中,H202生成電流效率均在90%以上,表明PAN-CF在酸性、中性、堿性條件下均以2電子氧還原反應為主；通過XPS分析確定了PAN-CF表面含氮結構的類型,并證實了PAN-CF的ORR性能與其摻氮結構有關；系統(tǒng)研究了陰極電位,電解質濃度、體積,電極間距對H202累積濃度的影響。2.研究了PAN-CFB陰極在外加亞鐵鹽的電Fenton體系中對亞甲基藍(MB)的脫色、降解性能,及對苯酚的降解性能。系統(tǒng)研究了初始pH、Fe2+濃度、染料初始濃度對電Fenton體系脫色性能的影響。處理低濃度的MB (5mg L-1)時,初始pH對脫色率的影響不明顯,pH=3-7的較寬范圍內脫色率均接近100%,初始pH=5和7時,電解過程中溶液的酸化導致脫色效率與Fenton最佳pH(≈3)時接近：處理高濃度的MB溶液(100 mgL-1),當[Fe2+]=0.3 mmol L-1,初始pH=3時,色度完全去除僅需30 min,處理1 h后,CODcr去除率可達95.9%,電化學能耗為11.6 kWh kg-1 COD。處理100 mgL-1的苯酚,電解4 h,CODCr去除率為86.2%,苯酚降解平均電流效率為74.2%,電化學能耗為35.6 kWh kg-1 COD。3.研究了以犧牲鐵陽極為Fe2+源的電Fenton過程對NaCl溶液中MB的脫色性能。PAN-CFB陰極電生H202性能與電解質種類無關,但H202累積濃度受陽極和電解質種類影響,差異很大,使用DSA陽極時,陽極析出活性氯與陰極生成的H202發(fā)生反應,導致H202累積濃度隨NaCl溶液濃度的增加而降低；犧牲Fe陽極電Fenton過程處理MB溶液,初始pH=3時,電解30 min,對不同濃度(5-20 mg L-1) MB的脫色率均在98%以上；不調節(jié)溶液初始pH(約為7-8)時,對MB的脫色經歷了·OH的氧化、氧化+絮凝、絮凝起主導作用的一系列過程,電解20min,脫色率均在80%以上,但電解后期,絮凝占據主導地位,幾乎完全抑制了Fenton氧化作用,脫色率不再變化。4.通過循環(huán)恒電流脈沖對PAN-CF進行電化學改性,PAN-CF固有的吡啶氮被轉化為位于三維的活化層中2-吡啶酮(或2-羥基吡啶),導致ORR活性和穩(wěn)定性顯著提高。吡啶酮上與N和O共連的C作為活性位傾向于催化2電子ORR過程,但是,吡啶酮絡合Cu2+后,在電化學反應、Cu+與ORR中間物間的氧化還原協(xié)同作用下傾向于催化4電子ORR過程(堿性溶液)。在不同的介質中,吡啶酮-N或-O與質子的絡合或解離,引起吡啶酮表面的電荷轉移與重構,以及Cu2+的的配合位和絡合強度的改變,導致ORR性能改變。5.將EMPAN-CFB為陰極用于電生H2O2及電Fenton過程,以甲基橙(MO)作為模擬污染物,比較了PAN-CFB陰極改性前后電生H2O2性能及能耗。EMPAN-CFB陰極性能穩(wěn)定,電生H2O2最佳電位同PAN-CFB陰極相比正移了約500mV,導致H202生成能耗明顯降低,最低能耗僅為5.02 kWh kg-1(0.5 mol L-1 Na2SO4, I=400 mA,電極間距1cm)。EMPAN-CF陰極電Fenton體系可實現(xiàn)MO的快速高效脫色,脫色過程符合準一級動力學。
【圖文】：

纖維陰巧改化郵后的巧還腺還惱化制及巧電Ｆｅｍｏｎ表３－２主要實驗試劑及生產廠家逡逑－２邋Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｒｅａｇｅｎｔｓ邋ａｎｄ邋ｔｈｅ邋ｍａｎｕｆａ純度邐廠家）邋分析純邐天津己斯夫化Ｘ分析純邐國藥集團化學試分析純邐江蘇強盛功能化分析純邐萊陽市康德化工分析純邐天津田斯夫化工分析純邐圍藥集團化學試

不同陰極電位Ｈ２Ｏ２的產量（ｖｓ．邋ＳＣＥ）。Ｎａ２Ｓ0４濃度：０．４ｍｏｌＬ－ｉ；電體積：２以電極間距：５邋ｃｍ逡逑５邋Ｈ２Ｏ２邋ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ－ｔｉｍｅ邋ｃｕｒｖｅｓ邋ａｔ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｃａＵｉｏｄｉｃ邋ｐｏｔｅｎｔｉａｌｓ邋（ｖｓ．邋ＳＣｉｔｉｏｎｓ：邋Ｎａ２Ｓ0４邋ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ：邋０．４邋ｍｏｌ邋Ｌ＿ｉ；邋Ｆ＝２邋ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ邋ｄｉｓｔａｎｃｅ：邋５邋ｃ－５為不同陰極電位下ＰＡＮ－ＣＦＢ明極電生比化的性能。陰極電位在－ｓ．邋ＳＣＥ時，隨電位的負移，化0２濃度增加。其中電位在－０．邋５邋Ｖ￣－０．濃度隨時間基本呈線性增加。陰極電位在－１．０－１．２Ｖ時，Ｉｈ內，本呈線性增加，Ｉｈ后比0２濃度的增加變緩，這是因為化＆達到在電極表面的分解速度加快；陰極電位為－１．２邋Ｖ時，化化濃度達邋ｈ累積濃度可達１５０邋ｍｇ邋＾１；陰極電位負移至－１．３邋Ｖ時，札化濃度是多方面因素綜合作用的結果：首先，在較高的陰極過電位下，開析氨副反應（反應式（３－８）），，且Ｈ２化在陰極進一步還原的反應加�。ǎ被鳎�；其次高陰極過電位下，電流值較大，陽極電位也明盈增大，
【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：X703

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 陳勝兵,何少華,婁金生,謝水波;Fenton試劑的氧化作用機理及其應用[J];環(huán)境科學與技術;2004年03期

2 張德莉;黃應平;羅光富;劉德富;馬萬紅;趙進才;;Fenton及Photo-Fenton反應研究進展[J];環(huán)境化學;2006年02期

3 范拴喜;江元汝;;Fenton法的研究現(xiàn)狀與進展[J];現(xiàn)代化工;2007年S1期

4 蔣進元;李勇;王國威;周岳溪;;Fenton法處理腈綸聚合廢水[J];環(huán)境科學研究;2010年07期

5 劉紅玉;李戎;;Fenton反應及其在印染廢水處理中的應用進展[J];印染助劑;2010年09期

6 張?zhí)煊?史慧賢;盧洲;楊秋生;劉旭;韓聰;;Photo-Fenton和Photo-Fenton-like試劑對萘羥基化反應的影響[J];精細石油化工;2010年02期

7 況柏華;;Fenton試劑處理樹脂廢水影響因素研究[J];廣東化工;2012年10期

8 馮柏林;梁繼美;杜婷;王毅;;Fenton法的反應機理及類Fenton法的應用研究[J];廣東化工;2012年15期

9 林于廉;田偉;楊志敏;陳玉成;陳慶華;李家杰;;微波-Fenton對沼液中抗生素和激素的高級氧化[J];環(huán)境工程學報;2013年01期

10 ;A Novel and Convenient Assay for the Determination of OH Produced by Fenton Reaction[J];Chinese Chemical Letters;1998年06期

相關會議論文 前10條

1 張媛媛;涂玉婷;熊亞;;Fenton-like Catalytic Activity of Nano-Lamellar Fe_2V_4O_(13) towards Degradation of Organic Pollutants[A];第六屆全國環(huán)境催化與環(huán)境材料學術會議論文集[C];2009年

2 ;Detection of Peptide Damage Induced by Fenton Reaction with Electrochemical Biosensor[A];第十一次中國生物物理學術大會暨第九屆全國會員代表大會摘要集[C];2009年

3 周乃磊;王中琪;徐旭東;;采用Fenton/UV技術處理工業(yè)切削液廢水的試驗研究[A];中國環(huán)境科學學會2009年學術年會論文集（第一卷）[C];2009年

4 ;Fenton-like and Photo-Fenton-like Performance of FeVO_4[A];第五屆全國環(huán)境化學大會摘要集[C];2009年

5 班福忱;劉炯天;段海霞;;電-Fenton法在水處理中的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[A];2008中國水處理技術研討會暨第28屆年會論文集[C];2008年

6 羅瑋;朱麗華;M.E.Abbas;唐和清;;鐵酸鉍類Fenton催化劑的制備及其應用[A];持久性有機污染物論壇2010暨第五屆持久性有機污染物全國學術研討會論文集[C];2010年

7 劉鴻;李湘中;王靜;玄小立;;電-Fenton反應降解有機污染物的動力學研究[A];第三屆全國環(huán)境化學學術大會論文集[C];2005年

8 王靜;劉鴻;曾鋒;;電-Fenton降解鄰苯二甲酸二甲酯的研究[A];第三屆全國環(huán)境化學學術大會論文集[C];2005年

9 趙景聯(lián);李厚寶;蘇慈;;超聲輻射Fenton反應連續(xù)流方式降解水相酚的研究[A];中國化學會第八屆水處理化學大會暨學術研討會論文集[C];2006年

10 馬家海;趙進才;;Fenton-like反應中蒽醌分子的可見光助催化作用[A];第六屆全國環(huán)境化學大會暨環(huán)境科學儀器與分析儀器展覽會摘要集[C];2011年

相關重要報紙文章 前1條

1 大連太平洋電子有限公司 胡惠菲邋孫敬孝 于長興 思捷環(huán)�？萍加邢薰� 楊光輝;實施PCB清潔生產和循環(huán)利用[N];中國電子報;2008年

相關博士學位論文 前10條

1 吳彥霖;基于羥基自由基（HO~·）和硫酸根自由基（SO_4~(·-)）的高級氧化技術的研究[D];復旦大學;2014年

2 梁歡;硅藻土基非均相Fenton催化材料的制備及其降解染料廢水的研究[D];中國地質大學;2015年

3 丁星;典型環(huán)境污染物的光電催化去除及其機理研究[D];華中師范大學;2015年

4 陳永利;非均相UV-Fenton處理氯酚廢水的研究[D];廣西大學;2015年

5 王勇;類Fenton法氧化廢水中鄰苯二酚的效能及機制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2014年

6 周海燕;有機氯污染土壤的類Fenton氧化處理與機理研究[D];華中科技大學;2015年

7 宮常修;超聲耦合Fenton氧化技術破解污泥效果及其機理研究[D];清華大學;2015年

8 李楠;廢舊線路板用于非均相Fenton體系去除難降解有機物的研究[D];天津大學;2015年

9 夏廣森;聚丙烯腈基碳纖維陰極改性前后的氧還原反應機制及在電Fenton體系中的應用[D];中國海洋大學;2015年

10 楊春維;Fenton與電Fenton技術處理有機廢水的應用研究[D];大連理工大學;2012年

相關碩士學位論文 前10條

1 周雅莉;紫外光結合Fenton法處理炸藥廢水研究[D];中北大學;2006年

2 雷敏;UV-Fenton降解全氟辛酸及其機理研究[D];華中科技大學;2011年

3 龍冉冉;異相Fenton法降解Orange Ⅱ的研究[D];華南理工大學;2015年

4 方飛;Fe/污泥非均相Fenton催化劑的制備、表征及性能研究[D];浙江大學;2015年

5 周武元;毒死蜱的毒性及其化學氧化去除的試驗研究[D];燕山大學;2015年

6 張曉;葡萄酒廢水Fenton氧化及生物處理實踐研究[D];青島理工大學;2015年

7 韓征飛;Fenton流化床—混凝沉淀深度處理造紙廢水的試驗研究[D];鄭州大學;2015年

8 楊龍;微波協(xié)同F(xiàn)enton降解鄰苯二甲酸二甲酯及協(xié)同機理研究[D];青島理工大學;2015年

9 印獻棟;強化Fenton氧化深度處理頭孢菌素廢水研究[D];河北科技大學;2014年

10 彭曉t

本文編號：2706857