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掺硼金刚石(boron-doped diamond,BDD)薄膜电极除了具有金刚石的优异物理化学性能外,还具有许多优于其他传统电极材料的特性,因此许多科学家将其作为新型电极材料引入电化学领域来研究。一方面,BDD电极具有良好导电性和高析氧电位的电化学性质,能够产生大量的羟基自由基,使得BDD电极比传统的水处理电极更能高效地降解有机污染物,是一种理想的适用于水处理的阳极材料。另一方面,BDD电极具有背景电流低、电势窗口宽以及表面抗污染能力强等优异性能,非常适合用作电分析的工作电极。本论文围绕BDD电极在水处理和电分析两个领域的应用展开,具体集中在以下几个方面:
1.首次采用BDD电极电化学降解具有致癌、致畸危害的生化染料溴化乙锭(EB),考察了各种因素对EB降解效果的影响,实验结果表明各种因素影响的顺序为:电流密度>EB初始浓度>流速>pH值,最优条件下60 min的降解EB去除率达到99.23%,同时利用HPLC检测降解过程生成的中间产物,并分析了中间产物的产生、积累和继续降解的历程。此外,实验还考察了BDD电极对无机氨氮废水的处理效果,并设计和组装了基于BDD电极的便携式实验室废液电化学处理器,处理器对高毒性酚类废水和染料废水具有良好的降解效果。
2.基于单独BDD电化学氧化技术完全降解有机污染物能量消耗较高的缺陷,提出BDD电极电化学氧化技术与TiO2光催化氧化技术联用的思路,并设计了联用工艺的反应器,考察了联用技术对染料废水亚甲基蓝的降解效果,实验结果表明联用工艺相比单独工艺具有良好的协同作用,并探讨了联用工艺产生协同作用的机理。
3.采用BDD电极为工作电极,利用流动注射分析方法测定水体化学需氧量(COD),根据水样中有机物组分被氧化消耗的电量(Qoxidation)测定样品的COD值。考察了一些基本参数如载流溶液、工作电位、流速对检测信号的影响并选定了最佳检测条件。最佳检测条件下本法检测COD的线性范围为2.5-120 mg L-1,检出限为1 mg L-1。用该法测定化工厂和食品厂废水的COD值,相对标准偏差和回收率在分别在2.42%-4.84%和96%-106%之间,且检测结果与国家标准方法重铬酸钾法具有良好的一致性。
4.BDD电极对环境毒性有机物分析是其应用的一个重要方向,本文采用BDD电极结合流动注射分析技术检测生化染色剂溴化乙锭(EB),循环伏安结果表明EB在BDD电极表面氧化是一个扩散控制过程,考察了一些基本参数如载流溶液、工作电位、流速对检测信号的影响并选定了最佳检测条件。最佳检测条件下本法检测EB的线性范围为2.5-60μmol L-1,检出限为0.3μmol L-1。同时对测试的重复性进行了考察,对连续12个40μmol L-1EB样品测定信号的相对标准偏差为1.12%,各次分析之间无明显的记忆效应,并对实际样品中EB含量进行了分析,测定结果与高效液相色谱法得到的结果具有良好的一致性。