【摘 要】
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苯酚是难降解有机污染物的典型代表,因其毒性强、难生物降解的特点,将对水体产生严重影响。电催化氧化法在处理难降解有机污染物方面具有效率高、便于管理、无二次污染等优点
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苯酚是难降解有机污染物的典型代表,因其毒性强、难生物降解的特点,将对水体产生严重影响。电催化氧化法在处理难降解有机污染物方面具有效率高、便于管理、无二次污染等优点,是一种环境友好型的高级氧化技术,近年来越来越受到研究者的关注。由于电极材料在电催化氧化中发挥核心作用,活性高、价格低廉且能重复利用的电极开发成为电化学水处理技术的关键。以廉价石墨材料为基底制备了MnO2/碳基复合电极材料:使用涂覆法制备了MnO2-PVA/GB电极和MnO2-CMC/GP电极,使用电沉积法制备了MnO2/GP改性电极。通过FT-IR、XRD、SEM、循环伏安曲线、Tafel曲线和极化曲线对电极进行了形态、形貌和电化学性能表征。FT-IR显示三种电极中都含有Mn-OH结构,有利于高价锰氧化物(MnOx+1)的快速生成;XRD表明涂覆电极中MnO2为α型斜方晶系,电沉积法制备电极中MnO2为无定型;MnO2-PVA/GB电极的SEM显示少部分MnO2裸露在电极表层,MnO2-CMC/GP电极与MnO2/GP改性电极MnO2大量排布在表面。通过电化学表征,MnO2/GP改性电极的CV曲线苯酚氧化峰所在电位最高,为1.33 V;Tafel曲线表明MnO2/GP改性电极最不容易发生腐蚀,MnO2-CMC/GP电极的腐蚀速率最慢;极化曲线表明MnO2/GP改性电极的析氧过电位最高,为1.89V,MnO2/GP改性电极的性能优于其它两种电极。考察了三种MnO2/碳基电极对苯酚的电催化氧化性能,比较了MnO2含量、温度、pH值、电流密度、电解质浓度、苯酚浓度等工艺条件对苯酚降解速率的影响。实验表明,最优条件下,MnO2-PVA/GB电极电催化氧化苯酚3 h降解率为82.5%,MnO2-CMC/GP电极电催化氧化苯酚的降解率为97.4%,使用MnO2/GP改性电极苯酚降解率为97.3%。3 mL异丙醇(IPA)可使苯酚降解率减少50%-75%,说明所制备电极通过羟基自由基(·OH)完成苯酚的氧化。最优条件下,MnO2-PVA/GB电极、MnO2-CMC/GP电极和MnO2/GP改性电极电催化氧化苯酚的库仑效率分别为5.58%、7.80%和7.83%;三种电极电催化氧化苯酚符合一级动力学模型,最优条件下MnO2-PVA/GB电极、MnO2-CMC/GP电极和MnO2/GP改性电极电解苯酚的速率常数k分别为1.036×10-2、2.015×10-2和2.090×10-2 min-1。研究制备出廉价、高效的电催化氧化电极,实现对苯酚污染物的快速降解,为电催化氧化法水处理工艺的工业应用提供参考。
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