【摘 要】
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酚类化合物作为常用的有机化工原料,广泛存在于能源化工污水中。我国颁布的《水污染防治行动计划》把含酚污水列为一类亟需重点解决的有毒有害水体,因此,含酚污水需要有效处理。该类污水具有难降解特性,生物技术对其处理能力有限,而电催化氧化法被认为是一种理想的含酚污水处理技术。电催化氧化处理效果主要取决于电极材料的活性和稳定性,且不同污染物的电催化氧化机理也有所不同。因此,本论文制备了一种具有高酚类降解活性的
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酚类化合物作为常用的有机化工原料,广泛存在于能源化工污水中。我国颁布的《水污染防治行动计划》把含酚污水列为一类亟需重点解决的有毒有害水体,因此,含酚污水需要有效处理。该类污水具有难降解特性,生物技术对其处理能力有限,而电催化氧化法被认为是一种理想的含酚污水处理技术。电催化氧化处理效果主要取决于电极材料的活性和稳定性,且不同污染物的电催化氧化机理也有所不同。因此,本论文制备了一种具有高酚类降解活性的稳定电极材料,同时探索了酚类化合物的降解机理。首先,对传统二氧化铅电极进行表面掺杂改性,采用电沉积法制备了稀土元素铈(Ce)和氧化石墨烯(GO)共掺杂的Ti/SnO2-Sb/PbO2电极(Ti/SnO2-Sb/Ce-GO-PbO2),与未掺和单掺电极相比,共掺电极具有较强的电催化活性和稳定性。表征测试结果表明,共掺后电极表面裂纹消失,致密有序,晶粒呈现出向(301)晶面特异性增长的趋势,同时获得了更高的析氧电位和更低的传质阻力。相比于Ti/SnO2-Sb/PbO2电极,Ti/SnO2-Sb/Ce-GO-PbO2电极的·OH自由基生成速率、苯酚去除率和COD去除率分别提升了13.6%、15.2%和19.8%。此外,Ti/SnO2-Sb/Ce-GO-PbO2电极还具有优越的工作和耐化学稳定性,较长的使用寿命,且处理后溶液中铅离子溶出浓度低于0.01 mg/L,符合我国地表水允许的含铅污水排放标准。其次,选择单环结构的高毒性物质苯酚和双环结构的内分泌干扰物双酚A作为两种典型的酚类化合物,利用Ti/SnO2-Sb/Ce-GO-PbO2电极探究酚类化合物模拟污水的去除效果及其降解机理。通过单因素实验获得最佳工艺参数,在该条件下两种物质的去除率均在90%以上。自由基猝灭和捕捉实验结果表明,间接氧化作用是两种物质去除的主要途径,其中,活性氯和·OH自由基对苯酚去除均有重要贡献,反观双酚A,活性氯的贡献度远高于·OH自由基。对中间产物进行定性分析,结果表明两种物质的降解主要经过自由基反应、开环和矿化过程,其中,·OH自由基易发生苯酚苯环上的亲电取代,而活性氯易攻击双酚A苯环上氢原子和中间结构。最后,采用Ti/SnO2-Sb/Ce-GO-PbO2电极对实际焦化污水进行降解性能研究,结合单因素和响应曲面实验获得优化后的反应条件:初始pH为8.7、电流密度为23.3 m A/cm~2、NaCl浓度为0.09 mol/L及反应时间为40 min。该条件下COD平均去除率为71.5%,满足模型预测结果的95%置信区间。对处理后溶液进行三维荧光光谱分析,结果表明除酚类物质外,该电解体系对类腐殖酸和类富里酸等难降解有机物也具有较好的处理效果。本论文的研究成果丰富了电催化氧化领域高性能阳极材料的种类,获得了电催化氧化不同酚类化合物的降解规律,能为焦化等含酚类污水处理的工程实践提供基础数据与理论指导。
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