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电芬顿技术是一种通过氧还原过程原位生成H2O2并被活化生成·OH的电化学高级氧化技术,具有降解效率高、绿色环保的特点。然而均相电芬顿体系需在强酸条件下进行(2.8~3.5),并且反应过程伴随着铁泥的产生限制了其广泛应用。为了克服均相电芬顿的不足,异相电芬顿体系受到了广泛关注,多相催化剂的选择直接影响了体系的可行性及效率,因此开发高活性和高稳定性的新型催化剂在电芬顿体系中是至关重要的。本研究以金属有机骨架材料(MOFs)为前驱体制备了多孔碳负载锰铁(Mn/Fe@PC)复合催化剂,通过各种表征分析了催化剂的形貌结构及其催化性能,以期为开发高效稳定的异相电芬顿催化剂提供新的思路,并应用于异相电芬顿体系中阴极改性,以三氯生(TCS)为目标污染物,通过探究TCS降解的影响因素作用机理、降解途径及毒性变化以期为难降解污染物的去除提供理论依据。主要的研究内容和结果如下:(1)Mn掺杂后Mn/Fe@PC仍保持八面体形状,其主要成分是多孔碳负载铁锰金属氧化物,Mn元素掺杂显著减小了催化剂的晶胞尺寸,Mn/Fe@PC的比表面积增加至351.0 m2 g-1,此外,Fe 2p3/2和Fe 2p1/2特征峰均向低能量方向迁移也表明了Fe、Mn之间的电子相互作用。(2)Mn/Fe@PC的电化学活性面积为0.11 cm2,分别是Fe@PC、Mn@PC的1.97倍和4.17倍,Mn掺杂有助于提高其电子传递速率;碳黑(CB)与Mn/Fe@PC在充氧条件下ORR过程以2电子为主,电子转移数在2.5~3.0之间,H2O2的产率为60%~70%,Fe、Mn还原峰的电位均有所降低,更有利于高价金属的还原。(3)在异相电芬顿体系中,Mn/Fe@PC修饰阴极降解TCS的过程符合准一级动力学模型,在p H为3、电流为40 m A下,120 min内TCS的去除效率和240 min内矿化率分别达到99%和56.9%,金属溶出和循环实验也表明修饰电极具有良好的稳定性。(4)通过自由基淬灭和电子顺磁共振证实了体系中主要是·OH的作用,原位生成H2O2在≡FeⅡ/≡MnⅡ/Ⅲ的作用下分解生成·OH,≡FeⅢ/≡MnⅢ/Ⅳ在阴极直接还原实现了≡FeⅡ/≡MnⅡ/Ⅲ再生,≡Fe、≡Mn之间的电子传递也大大促进了H2O2的利用率,从而提高TCS降解效率。(5)TCS降解途径主要包括羟基化和醚键断裂,进而生成小分子酸,最终矿化成CO2和H2O;通过中间产物对大肠杆菌的抑制实验和ECOSAR毒性分析软件可知,在TCS降解过程,其中间产物的毒性逐渐降低。