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本文以苯酚、苯甲酸、水杨酸为研究对象,首次系统地研究了超声辅助电催
化氧化技术降解水中有机污染物的处理效果、影响因素以及动力学特征;对超声
辅助电催化氧化降解有机污染物的机理进行了深入研究和理论阐释;此外,对有
机污染物在NaCl和Na2SO4两种不同介质体系中的超声辅助电催化氧化降解反应
过程和机理也进行了比较研究。
以典型污染物苯酚为主要研究对象,对Na2SO4体系中影响超声辅助电催化氧
化降解效果的主要因素进行单因素实验分析、正交试验分析和回归正交试验分析。
研究表明,最佳的工艺操作参数为:电流密度30 mA·cm-2,初始pH值10,超声
声强27.1 W·cm-2,支持电解质(Na2SO4)的浓度20 g·L-1。其中,电流密度和初始
pH值对苯酚降解效果有显著的交互作用影响(α=0.005)。
非线性最小方差拟合(NLSF)发现:在电催化氧化和超声辅助电催化氧化降
解苯酚、苯甲酸和水杨酸的过程中,溶液COD值的衰减均符合表观一级反应动力
学规律;在超声的辅助作用下,苯酚、苯甲酸和水杨酸溶液COD值衰减的表观一
级反应速率常数均大于无超声作用下的反应速率常数。
将迭代目标转换因子分析法(ITTFA)用于分析水杨酸电催化氧化和超声辅助
电催化氧化降解过程中的动力学谱一紫外吸收光谱组成的数据矩阵,发现在水杨
酸的降解过程中,有对所测波长范围内的光有吸收的中间体生成;通过进一步分
析,得到了难以直接测量的中间体的动力学信息及其吸收光谱。水杨酸的电催化
氧化和超声辅助电催化氧化降解均符合一级反应动力学规律,NLSF拟合得其一级
反应速率常数分别为0.0216 min-1和0.0340min-1。
通过GC-MS分析有机物氧化降解的主要中间产物,辅以细胞色素c(Ⅱ)一比色
法测定降解过程中产生的·OH及·OH清除剂(甘露醇)抑制作用检验,证明了超声
辅助电催化氧化体系中确实产生了·OH,且它在有机污染物的降解过程中起主要作
用。对DSA催化电极上产生·OH的机制及其与苯酚、苯甲酸、水杨酸的可能反应
途径进行了深入探讨。
研究认为,超声可以提高多相电催化反应过程的速率和效率,超声作用增效
电催化氧化降解过程主要是通过促进反应体系的传质过程,影响电极表面层和电
子转移过程来实现的。
在含NaCl体系中,电解产生的氯系氧化剂的间接氧化作用与电催化产生
的·OH的直接氧化作用相互协同,促进了有机污染物的氧化降解。
关键词:电催化氧化,超声,空化效应,·OH,ITTFA,降解机理