【摘 要】
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过氧化氢(H2O2)是一种重要的化学品,广泛用于医用消毒、工业纺织、化学品合成等领域。目前,蒽醌法是合成生成H2O2最常用的方法,但其存在反应条件复杂、操作安全性和环保性有限等不足。基于背景,电化学合成H2O2作为一种绿色安全的H2O2合成方法受到研究者关注。特别值得注意的是,近年来一种在含HCO3-水相电解液中电化学间接氧化水合成H2O2的新型方法备受国内外研究者关注。当前,该方向大部分学者主要
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过氧化氢(H2O2)是一种重要的化学品,广泛用于医用消毒、工业纺织、化学品合成等领域。目前,蒽醌法是合成生成H2O2最常用的方法,但其存在反应条件复杂、操作安全性和环保性有限等不足。基于背景,电化学合成H2O2作为一种绿色安全的H2O2合成方法受到研究者关注。特别值得注意的是,近年来一种在含HCO3-水相电解液中电化学间接氧化水合成H2O2的新型方法备受国内外研究者关注。当前,该方向大部分学者主要聚焦高效电化学氧化水合成H2O2工作电极材料研究,对制得H2O2产物特征及其相关潜在应用探究较少。本论文根据在含HCO3-电解液中间接电化学氧化水合成H2O2反应原理,选择F掺杂Sn O2导电玻璃(FTO)作为典型阳极,系统研究了在KHCO3电解液中电化学合成H2O2的客观规律;并根据制得H2O2产物纯度低、易分解等特征,探究了利用电化学间接氧化水制取H2O2进行亚甲基蓝和四环素降解的相关规律。本论文主要研究内容及结论如下:(1)FTO在KHCO3电解液中稳定性好,经过长达12小时恒电压反应,基本没有发生电解腐蚀,可以作为工作电极用于电化学间接氧化水制取H2O2。电解液对比研究证实,在KHCO3电解液中电化学合成H2O2是间接实现的,首先发生的是HCO3-氧化为HCO4-过程(HCO3--2e-+H2O→HCO4-+2H+),之后是HCO4-介导水氧化生成H2O2过程(HCO4-+H2O(?)H2O2+HCO3-)。电化学检测分析表明,由于在KHCO3电解液中电化学合成H2O2需在较高电压下(Eθ>1.80 V vs.RHE)进行,在生成H2O2的同时也存在H2O2产物电化学氧化分解(H2O2→2H++O2↑+2e-,EΘ=0.695V vs.RHE),导致电化学间接氧化水制取H2O2的量不会随反应时间持续增加,制得H2O2产物浓度和纯度有限。此外,H2O2产物放置跟踪测试发现,制得H2O2产物在KHCO3电解液中无法稳定保存,存在不容忽视的自分解现象。(2)基于在KHCO3电解液中电化学合成H2O2的基本特征,研究了利用制得H2O2进行水中亚甲基蓝和四环素作降解相关规律。对比检测发现,在KHCO3电解液中电化学生成的H2O2可以实现亚甲基蓝降解。在2.8 V vs.RHE恒压条件下,水中20 ppm亚甲基蓝溶液可以在140 min左右降解90%。自由基捕获实验证实,电化学合成的H2O2可以被HCO3-活化转化为·OH,进而驱动了水中亚甲基蓝降解反应。此外,在KHCO3电解液中保存的H2O2产物,可以直接用于水中四环素降解。反应后的KHCO3电解液与四环素溶液混合,可使水中10 ppm四环素在90 min降解90%以上。本论文有关KHCO3电解液中水氧化产H2O2规律发现,以及基于此发现开展的亚甲基蓝和四环素降解研究工作,可以为客观理解在含HCO3-电解液中电化学合成H2O2现象提供实验理论依据,并同时为其后续应用提供方向启发。
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