【摘要】：化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展導(dǎo)致了大量難降解有機污染物的產(chǎn)生,嚴重污染了水環(huán)境。電芬頓法作為高級氧化技術(shù)的一種,因其具有反應(yīng)條件溫和、設(shè)備簡單、適用范圍廣等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于含難降解有機污染物的污水處理中。本文制備了三種復(fù)合陰極,分別為還原石墨烯/碳氈(reduced Graphene Oxide/Cabon Fiber,rGO/CF)、α-Bi_2Mo_3O_(12)-rGO/CF、γ-Bi_2MoO_6/CF,通過SEM、XRD、FTIR、EIS和CV對各個陰極材料進行了形態(tài)、結(jié)構(gòu)和電化學(xué)表征,考察了該陰極對溶解氧電化學(xué)還原產(chǎn)生過氧化氫的催化作用,并將其應(yīng)用于類電芬頓體系中降解有機廢水,優(yōu)化了各體系生成H_2O_2的電解條件,測定了各體系中產(chǎn)生的活性氧物種,探討了污染物在陰極類電芬頓體系中的降解機制。在rGO/CF陰極電芬頓體系中,材料的EIS表征結(jié)果顯示,rGO/CF電極的電阻明顯低于CF電極。CV結(jié)果顯示,rGO/CF電極對氧的電化學(xué)還原也有明顯的催化作用。氧還原的本體電解結(jié)果表明,該體系有效地促進了H_2O_2的生成,在電流值為9 mA,pH 3.0,電解時間為180 min時,H_2O_2的生成量達到最大,為313.13μmol·L~(-1),明顯高于CF體系的H_2O_2的生成量。對羅丹明B(Rhodamine B,RhB)的降解實驗表明,當海藻酸鐵(Ferric(III)Alginate,Fe(III)-Alg)存在時,該電芬頓體系對RhB降解效果明顯,在最佳條件下RhB的降解率可達99.3%。RhB的紫外可見譜圖分析結(jié)果顯示,在電解過程中,RhB的共軛大?系統(tǒng)被破壞,分解為具有的芳香環(huán)結(jié)構(gòu)的小分子物質(zhì)。在α-Bi_2Mo_3O_(12)-rGO/CF陰極電芬頓體系中,材料的FTIR實驗結(jié)果顯示,α-Bi_2Mo_3O_(12)和rGO間有化學(xué)鍵合。EIS實驗結(jié)果顯示,α-Bi_2Mo_3O_(12)-rGO/CF電極的電阻明顯低于α-Bi_2Mo_3O_(12)/CF電極。氧還原的本體電解結(jié)果表明,在電流值為12 mA,pH 3.0,通氧速率1.5 L·min~(-1),電解180 min時,H_2O_2的生成量達到最大,為602.25μmol·L~(-1),明顯高于rGO/CF和α-Bi_2Mo_3O_(12)/CF陰極體系中H_2O_2的生成量。對硝基苯酚(P-nitrophenol,PNP)的降解實驗表明,該電芬頓體系對PNP廢水有較好的去除效果,在海藻酸鐵微球存在下,PNP的降解率在最佳條件下,可達68.9%。PNP的紫外可見波譜顯示,在電解過程中,PNP共軛結(jié)構(gòu)和助色團羥基與硝基均遭到破壞,PNP降解為沒有紫外吸收的小分子物質(zhì)。在γ-Bi_2MoO_6/CF陰極電芬頓體系中,SEM實驗結(jié)果顯示,在pH 9.0條件下得到的γ-Bi_2MoO_6有規(guī)則片狀形貌,EIS和CV實驗結(jié)果也顯示,pH 9.0條件下合成的γ-Bi_2MoO_6有較低電阻,且對氧的電化學(xué)還原有最明顯的催化作用。氧還原的本體電解實驗結(jié)果表明,當γ-Bi_2MoO_6在電極上的負載量為0.05 g,電解電流為9 mA,pH 3.0時,該體系中H_2O_2的生成量達到最大,為554.21μmol·L~(-1),明顯高于CF陰極體系中H_2O_2的生成量。RhB的降解實驗結(jié)果表明,該體系對RhB降解效果明顯,在最佳條件下可達99.1%。體系中對RhB的降解起主要作用的為羥基自由基·OH。RhB的紫外可見波譜結(jié)果顯示,在電解過程中,RhB的共軛大?系統(tǒng)被破壞,降解為小分子物質(zhì),并進一步將小分子物質(zhì)礦化,實現(xiàn)了RhB的降解。
【圖文】：

圖 2.6 GO（a）和 rGO（b）材料的 SEM 圖Fig. 2.6 Scanning electron microscopy images of GO（a）and rGO（b）2.3.2 GO 和 rGO 催化材料的電化學(xué)分析圖 2.7 是氧飽和以及通氮除氧條件下 GO/C、rGO/C 的循環(huán)伏安曲線圖。由圖可知，在通氮除氧的溶液中，rGO/C 電極在－0.4 V（vs. SCE）沒有出現(xiàn)明顯的氧化還原峰。通氧后，GO/C、rGO/C 電極在－0.4 V左右出現(xiàn)了明顯的 O2還原為0.51.01.52.02.53.03.54.0H2O2O2+2H++2e_Current/A(1E-3)rGO/C, oxygen avoidedGO/C, oxygenatedrGO/C, oxygenated

圖 2.21 陰極體系對 RhB的降解機理示意圖Fig. 2.21 schematic diagram of degradation mechanism forRhB in cathodic system 本章小結(jié)本文用改進的 Hummer 方法制備了 GO，通過水熱還原法制得 rGO，將其負 CF表面構(gòu)成 rGO/CF陰極，用于催化 O2還原產(chǎn)生 H2O2的電化學(xué)反應(yīng)，并與酸鐵小球聯(lián)用構(gòu)成類電芬頓體系，，降解了 RhB 模擬染料廢水，得到如下結(jié)論（1）材料表征結(jié)果表明，rGO/CF 陰極體系相比于 GO/CF 和 CF 陰極體系對電還原生成過氧化氫的催化作用較為明顯。（2）過氧化氫的測定結(jié)果表明，隨電解電流和溶液 pH 值的增大，該體系中化氫的生成量先增大后減小。在電流值為 9 mA，pH 3.0 時，H2O2的生成量最大，為 313.13 μmol·L-1。（3）rGO/CF 陰極電芬頓體系中羥基自由基測定結(jié)果表明，在 pH 3.0，電流 9 mA，海藻酸鐵量為 0.99 g·L-1時，電解 180 min 后體系的羥基自由基生成
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X703;O646.54

【參考文獻】

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本文編號：2587791