用于全氟辛酸还原脱氟的电化学体系构建

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lhihxk
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全氟辛酸(PFOA)具有优良的热稳定性、良好的疏水疏油性和高的表面活性,被广泛用于工业和民用生产领域。在其生产和使用过程中会不可避免地向环境中释放,而且已在水体、土壤等介质中检出。由于PFOA具有持久性、生物累积性和毒性,对生态系统造成了严重的威胁,亟需寻找一种方法对其进行有效地控制和降解。PFOA分子中的氟电负性很强,易接受电子发生还原反应,而电化学还原技术可以源源不断地向反应体系输入电子。同时电化学处理技术无需额外的设备,反应条件温和,易于操作,因此本文主要研究电化学还原技术对PFOA的还原去除效果。PFOA还原脱氟的实质是在电极表面区域进行的非均相接触反应,电极决定着反应能否发生,因此首先需制备一个能有效降低反应活化能的电极。通过对比铑/镍、铑/铜、铑/银、钯/镍、钯/铜、钯/银等所制备电极对PFOA的还原去除效果,发现铑/镍电极对浓度为100 mg/L的PFOA还原去除效果最好。然后研究了铑的负载形态、不同的镍基材和负载方法对铑/镍电极制备的影响,并通过电化学还原效果分析、稳定性分析、微观形貌表征和电化学特性研究选择更适合PFOA还原的铑/镍电极制备条件。以CHI660E电化学工作站为电源、三口H型电解槽为电解池、所制备的铑/镍电极为工作电极,从溶剂、支持电解质、电子传递媒介、电解形式和电解强度、搅拌速度等方面探求用于PFOA还原脱氟的体系。结果显示,以二甲基甲酰胺为溶剂,十甲基二茂铁作为电子传递媒介,恒电压电解可对PFOA有较好的还原去除效果。并且构建的该电化学体系对短链全氟羧酸有机物、短链全氟磺酸有机物和全氟辛烷磺酸(PFOS)均可获得较好的还原去除效果。通过对构建的电化学体系进行反应能力和动力学研究,发现构建的电化学体系对浓度低于100 mg/L的PFOA有很好的还原去除效果,该过程符合一级动力学过程。从还原过程中脱氟形式、降解产物、氟元素质量平衡分析,推断PFOA电化学还原过程中主要以脱氟加氢的方式进行脱氟,产物以氟离子、氢取代的氟化合物和短链羧酸有机物为主,并且短链羧酸有机物是PFOA逐步脱除CF2单元形成的。
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