Ti/RuO2电极及Pt电极原位生成活性氯降解卡马西平的对比研究

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来自于市政污水处理厂的反渗透浓水(Reverse Osmosis Concentrates,ROC)中通常包含难以被微生物降解的痕量有机污染物,同时ROC中含盐量较高,可生化性差,因此高级氧化工艺广泛应用于处理ROC。因ROC中氯离子含量较高,可以通过电化学法原位生成强氧化性物质如次氯酸进行间接氧化,用于氧化去除废水中有机物。然而,ROC中不仅含有氯离子,还含有硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐和氨氮等无机离子,以往的研究大多集中在单一的NaCl电解质体系中活性氯的生成以及对有机物去除效果上,也有少量的单一共存离子对活性生成的影响,缺乏溶液中共存无机离子对活性氯生成及有机物降解的影响。本文采用Ti/RuO2电极及Pt电极体系原位生成活性氯并进行卡马西平的降解实验,研究了电流、氯离子浓度及单一无机离子以及多种无机离子共存时对活性氯生成及卡马西平降解的影响,并初步探讨了反应机理。分别对Ti/RuO2电极及Pt电极体系进行研究,探究了电流、氯离子浓度、温度及无机离子对电化学体系活性氯生成及卡马西平降解的影响。对Ti/RuO2电极,温度为25℃、电流为80 mA、氯离子浓度为15 mM条件下,当溶液中分别加入30 mM硫酸钠、20 mM碳酸氢钠、2 mM氯化铵、5 mM硝酸钠时,卡马西平的去除率从96.8%分别降低到88.9%、36.5%、90.7%、96.6%,两种离子共存时,除硝酸根和硫酸根及碳酸氢根共存时卡马西平去除率升高外,其他两种离子共存均会使卡马西平去除率降低,离子种类越多,卡马西平去除率越低,可能是因为离子的存在使体系活性氯生成量减少。对Pt电极,温度为25℃、电流为120 mA、氯离子浓度为15 mM条件下,当溶液中分别加入30 mM硫酸钠、20 mM碳酸氢钠、2 mM氯化铵、5 mM硝酸钠时,卡马西平的去除率也从95.8%分别降低到88.9%、60.4%、92.6%、89.1%,两种离子共存时,当碳酸氢根和其他三种离子共存时,卡马西平的去除率会有所升高,其他两种离子组合时,卡马西平去除率都会有所降低,三种和四种离子共存时,卡马西平去除率区别不大,可能是因为该体系羟基自由基及直接氧化对CBZ的去除的贡献较大。随后对两种电极体系进行了机理分析,线性伏安测试表明无机离子均未在阳极表面发生直接氧化反应。自由基淬灭实验结果表明,对Ti/RuO2电极体系,单独氯化钠存在条件下,没有羟基自由基参与卡马西平的降解;对Pt电极体系,单独氯化钠存在条件下,叔丁醇及硝基苯的加入均使卡马西平的去除率降低,说明该体系有羟基自由基参与卡马西平的降解。离子共存实验表明其对Pt电极体系卡马西平去除率的影响比Ti/RuO2电极小,由此可见,当废水组分较复杂时,用Pt电极进行电化学降解具有一定的可行性。
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