【摘要】：近年來(lái)硝基酚化合物對(duì)環(huán)境的污染越來(lái)越引起人們關(guān)注,作為主要的工業(yè)品原料,硝基酚類化合物被廣泛應(yīng)用于制造農(nóng)藥和染料等日常工業(yè)品,其自身和產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的污染不容忽視。硝基對(duì)苯環(huán)的穩(wěn)定作用使得硝基酚類化合物難以被微生物降解,所以急需研究新的處理方法來(lái)降解環(huán)境中的硝基酚類化合物。本研究以對(duì)硝基酚(4-NP)為模型污染物,分別采用序批式電解與光催化兩種方法來(lái)來(lái)降解4-NP。本研究的具體內(nèi)容包括以下幾部分： (1)研究電催化方法降解4-NP,以Ti/Pt為催化陽(yáng)極,不銹鋼為陰極,采用無(wú)隔膜電解反應(yīng)器以循環(huán)進(jìn)水的方式電解4-NP模擬廢水,循環(huán)流量為50 mL/min,并對(duì)pH值、電流密度和4-NP濃度影響因素進(jìn)行了優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明在pH=2.0,電流密度30mA/cm2、目標(biāo)污染物100 mg/L時(shí),4-NP降解效果最佳。電解300 min后,4-NP去除率達(dá)到94%,COD去除率達(dá)到51%。采用循環(huán)伏安法研究陰極和陽(yáng)極的電極反應(yīng),發(fā)現(xiàn)Ti/Pt陽(yáng)極屬于電化學(xué)轉(zhuǎn)化類電極,不能將4-NP完全礦化。4-NP可以在不銹鋼陰極被分步還原,其還原產(chǎn)物對(duì)氨基酚(4-AP)比4-NP更容易被氧化。采用高效液相色譜(HPLC)分析中間產(chǎn)物,推測(cè)了4-NP的降解機(jī)理,4-NP在陽(yáng)極被氧化脫去硝基生成對(duì)苯二酚,對(duì)苯二酚進(jìn)一步被氧化成苯醌,然后發(fā)生開環(huán)反應(yīng)生成脂肪酸。4-NP在陰極被還原成4-AP,進(jìn)一步可以被陽(yáng)極氧化生成對(duì)氨醌,對(duì)氨醌極容易被氧化生成苯醌,繼而發(fā)生開環(huán)反應(yīng)。整個(gè)反應(yīng)體系中的硝基最終被氧化成硝酸根。無(wú)隔膜電解反應(yīng)器中4-NP的降解是陰極和陽(yáng)極共同作用的結(jié)果。 (2)在隔膜電解反應(yīng)器中采用序批式電解法降解4-NP,發(fā)現(xiàn)先還原240 min之后再氧化60 min時(shí)的處理效率最高,在電流密度30 mA/cm2,不調(diào)節(jié)pH值的情況下,4-NP去除率達(dá)到89.3%,COD去除率達(dá)到75.5%,比無(wú)隔膜電解反應(yīng)器中電催化方法的COD去除率提高了約25%。COD去除率提高的原因包括陰極表面對(duì)陰極還原中間產(chǎn)物的吸附、陽(yáng)極氧化與生成棕色絮狀沉淀。采用傅里葉紅外光譜(FT-IR)對(duì)棕色聚合物沉淀進(jìn)行表征,聚合物為聚合對(duì)氨基酚,聚合反應(yīng)機(jī)理為4-NP在陰極的還原產(chǎn)物4-AP,4-AP首先被氧化成氨醌,繼而氨醌在酸性條件下發(fā)生1,4-加成反應(yīng)進(jìn)行聚合,生成聚合對(duì)氨基酚。 (3)采用合成層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物(Layered double hydroxide, LDH)的方法對(duì)寬禁帶半導(dǎo)體材料進(jìn)行摻雜,制備了Zn-Cr LDH和Zn-Ti LDH兩種半導(dǎo)體光催化劑,并與Ag3PO4進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。通過(guò)掃描電鏡(SEM)、紫外可見分光光度計(jì)(UV-vis)、X射線衍射(XRD)對(duì)三種半導(dǎo)體進(jìn)行表征。分析表明Zn-Ti LDH對(duì)大于400 nm的可見光基本無(wú)吸收,而Zn-Cr LDH在可見光區(qū)域具有兩個(gè)最大吸收波長(zhǎng)分別為在410 nm和560nm左右,而Zn-Ti LDH無(wú)法吸收400 nm吸收以上的可見光,說(shuō)明Cr元素的摻雜作用增加了對(duì)可見光的吸收。Ag3PO4能夠吸收460 nm以下的可見光。在可見光(≥420 nm)照射下,光催化分解水與降解亞甲基藍(lán)(MB)和4-NP的實(shí)驗(yàn)中,催化活性從大到小均為Ag3PO4Zn-Cr LDHZn-Ti LDH。但是發(fā)現(xiàn)Ag3PO4固體粉末光照下容易變性呈棕色,而且在無(wú)電子受體時(shí)無(wú)法使用。Zn-Cr LDH在可見光催化實(shí)驗(yàn)中不穩(wěn)定,會(huì)分解釋放Cr3+離子。Zn-Ti LDH則在可見光下完全沒有光催化活性。 (4)通過(guò)壓電分液器和掃描電化學(xué)顯微鏡(SECM)快速合成和篩選出Bi-V(Bi: V=6:4)、Fe-Sn(Fe:Sn=99:1)、Bi-V-W(Bi:V:W=6:2:2)三種復(fù)合金屬氧化物光催化劑,并采用SEM、UV-vis和XRD進(jìn)行表征。分析結(jié)果表明摻雜W使得Bi-V的可見光吸收帶邊從550 nm紅移到635 nm,增大了可見光吸收范圍。1%的Sn摻雜在Fe203中形成雜質(zhì)能級(jí),促進(jìn)電穴分離。在可見光催化降解4-NP的實(shí)驗(yàn)中,Bi-V-W復(fù)合金屬氧化物催化劑在180 min內(nèi)能夠完全降解4-NP, Fe-Sn和Bi-V復(fù)合金屬氧化物分別有52%和85%的4-NP殘留。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：X13

【參考文獻(xiàn)】

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3 高洪澤,譚克,岳淑美,闞玉和,蘭亞乾,楊雙陽(yáng);酚類生物降解性的從頭算和分子設(shè)計(jì)[J];東北師大學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2003年04期

4 劉曉冉;李金花;周保學(xué);蔡偉民;宋永會(huì);;鐵碳微電解處理中活性炭吸附作用及其影響[J];環(huán)境科學(xué)與技術(shù);2011年01期

5 李勇,朱又春,宋衛(wèi)鋒;廢水處理中的復(fù)極性固定床電解槽技術(shù)[J];工業(yè)水處理;2002年12期

6 許海梁,楊衛(wèi)身,周集體,楊鳳林;偶氮染料廢水的電解處理[J];化工環(huán)保;1999年01期

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本文編號(hào)：2750987