本文關鍵詞：常溫下自發(fā)催化降解有機污染物研究

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【摘要】：廢水中污染物的去除一直以來是環(huán)境工作者關注的焦點,然而目前的降解方法忽略了污染物本身所攜帶的化學能,研究開發(fā)一種既可以降解污染物又能夠充分利用其自身化學能的新方法,不僅可以達到經濟性而且更加符合環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的宗旨。本文提出了一個催化膜反應裝置,電極催化材料采用的是Pt/C和PtRu/C,以碳紙作為催化劑載體,兩室中間以質子交換膜隔開,當在陽陰兩極加入不同的有機廢水時因其二者化學勢的不同在催化劑的活化下能自發(fā)地發(fā)生自催化降解,并在污染物去除的過程中同時將污染物中的化學能轉化為電能。該體系在常溫常壓下即可以發(fā)生反應,無需添加額外的燃料和氧化劑。本研究中,先后選取了甲酸(HCOOH)、2,4,6-三氯苯酚(2,4,6-TCP)及苯甲酸(BA)作為模擬污染物進行實驗,實驗結果如下：(1)本文采取CCS法制備膜電極,用噴涂法將催化劑涂覆于碳紙載體上。同時經SEM、EDS、XRD、TEM、XPS和BET表征顯示文中所使用的20%Pt/C和30%PtRu/C催化劑都具有高催化活性,高分散程度和高比表面積。(2)取0.5mol/LHCOOH為陽極液,5%H202為陰極液,流量為18 mL/min,兩極各加0.1 mol/L的Na2SO4溶液為最優(yōu)條件,系統(tǒng)在2小時內電壓達600 mV,最大電流密度達11 A/m2,功率密度最大達到1965mW/cm2。此外,該裝置甲酸的去除率為16.0%,庫侖效率為3.44%。(3)取0.5mol/LHCOOH為陽極液,50 mg/L 2,4,6-TCP為陰極液,36mL/min為流量作最優(yōu)條件,系統(tǒng)在2小時內電壓約630mV,電流約4.0mA,功率密度在300mV時達到880mW/cm2。同時,甲酸的去除率為8.44%,庫侖效率為3.41%%,96.9%的2,4,6-TCP被去除,其中43.8%被完全礦化。(4)取3g/LBA為陽極液,50 mg/L 2,4,6-TCP為陰極液,36 mL/min為流量,兩極各加01 mol/L的Na2SO4溶液為最優(yōu)條件,系統(tǒng)在2小時內開路電壓達28 mV,最大電流密度110mA/m2,最大功率密度1175μW/m2。苯甲酸去除率為11.3%,庫侖效率為0.36%,2,4,6-TC P最終的去除率82.6%,礦化率30.5%。以上結果表明,研究中的催化膜反應器所提供的這種能量回收和有機污染物去除的新方法是有前途的。
【關鍵詞】：電化學 催化膜反應器 有機廢水
【學位授予單位】：華東理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X703
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 課題背景及其意義11-23
• 1.1 課題背景11
• 1.2 有機廢水的處理技術11-17
• 1.2.1 物理法11-12
• 1.2.2 化學法12-14
• 1.2.3 生物法14-15
• 1.2.4 電化學法15-17
• 1.3 燃料電池技術17-21
• 1.3.1 燃料電池的工作原理17-18
• 1.3.2 燃料電池的類型18-21
• 1.4 本論文的研究目的和主要內容21-23
• 1.4.1 研究目的21-22
• 1.4.2 研究內容22-23
• 第二章 實驗裝置與方法23-36
• 2.1 實驗主要儀器和試劑23-24
• 2.1.1 實驗藥品試劑23
• 2.1.2 實驗主要儀器23-24
• 2.2 實驗設計24-27
• 2.2.1 實驗裝置24-26
• 2.2.2 蠕動泵的校正26-27
• 2.3 反應裝置的電化學性能評價及各參數(shù)的檢測、計算方法27-36
• 2.3.1 反應裝置的電化學性能評價27-29
• 2.3.2 各參數(shù)的檢測及計算方法29-36
• 第三章 膜電極的制備與催化劑性能研究36-46
• 3.1 膜電極的制備方法36-37
• 3.1.1 擴散層(GDL)的制備36-37
• 3.1.2 催化層(CL)的制備37
• 3.1.3 膜電極的熱壓37
• 3.2 膜電極與催化劑的物理性能表征37-45
• 3.2.1 掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope,SEM)37-38
• 3.2.2 能量色散X射線能譜法(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy,EDS)38-39
• 3.2.3 透射電子顯微鏡(Transmission Eelectron Microscope,TEM)39-41
• 3.2.4 X射線衍射(X ray Diffraction,XRD)41-42
• 3.2.5 X射線光電子能譜(X-ray Photoelectron Spectroscopy,XPS)42-43
• 3.2.6 比表面積及孔徑分析(Brunauer Emmett Teller,BET)43-45
• 3.3 本章小結45-46
• 第四章 陽極甲酸模擬廢水及產電可行性試驗46-64
• 4.1 各參數(shù)對產電性能的影響46-54
• 4.1.1 甲酸濃度對開路電壓和功率密度曲線的影響46-48
• 4.1.2 H_2O_2濃度對開路電壓和功率密度曲線的影響48-49
• 4.1.3 流量對開路電壓和功率密度曲線的影響49-50
• 4.1.4 不同電解質種類對產電性能的影響50-51
• 4.1.5 滲透壓對產電性能影響51-53
• 4.1.6 Na_2SO_4濃度對電流和功率密度曲線的影響53-54
• 4.2 模擬廢水的處理效果54-57
• 4.2.1 甲酸COD含量及其去除效率54-55
• 4.2.2 甲酸的庫倫效率55-56
• 4.2.3 H_2O_2含量及去除效率56-57
• 4.3 甲酸電化學氧化的機理研究57-62
• 4.4 本章小結62-64
• 第五章 甲酸和2,4,6-三氯苯酚模擬廢水及產電性能的研究64-76
• 5.1 各參數(shù)對產電性能的影響65-68
• 5.1.1 甲酸濃度對開路電壓和功率密度曲線的影響65-66
• 5.1.2 2,4,6-三氯苯酚濃度對開路電壓和功率密度曲線的影響66
• 5.1.3 流量對開路電壓和功率密度曲線的影響66-67
• 5.1.4 Na_2SO_4濃度對電流密度和功率密度曲線的影響67-68
• 5.2 模擬廢水處理效果68-72
• 5.2.1 甲酸COD含量及其去除效率68-69
• 5.2.2 甲酸的庫倫效率69-70
• 5.2.3 2,4,6-三氯苯酚的去除率70-71
• 5.2.4 2,4,6-三氯苯酚的礦化率71-72
• 5.3 2,4,6-TCP的電化學反應機理72-74
• 5.4 本章小結74-76
• 第六章 苯甲酸和2,4,6-三氯苯酚模擬廢水及產電性能的研究76-86
• 6.1 各參數(shù)對產電性能的影響76-81
• 6.1.1 苯甲酸濃度對開路電壓和功率密度曲線的影響76-78
• 6.1.2 2,4,6-三氯苯酚濃度對開路電壓和功率密度曲線的影響78
• 6.1.3 流量對開路電壓和功率密度曲線的影響78-79
• 6.1.4 Na_2SO_4濃度對電流密度和功率密度曲線的影響79-81
• 6.2 模擬廢水的處理效果81-84
• 6.2.1 苯甲酸COD含量及其去除效率81
• 6.2.2 苯甲酸的庫倫效率81-82
• 6.2.3 2,4,6-三氯苯酚的去除率82-83
• 6.2.4 2,4,6-三氯苯酚的礦化率83-84
• 6.3 本章小結84-86
• 第7章 結論與展望86-89
• 7.1 本論文的主要結論86-87
• 7.2 本論文存在的問題及展望87-89
• 參考文獻89-96
• 致謝96-97
• 在讀期間發(fā)表論文情況97

【參考文獻】

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本文編號：925172