MWCNTs-PTFE空氣擴(kuò)散電極電化學(xué)體系產(chǎn)過(guò)氧化氫性能及消毒效果研究.pdf

1、電化學(xué)消毒由于高環(huán)境相容性，價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)單，殺菌廣譜，可同時(shí)去除水中溶解性重金屬、有機(jī)物和其他有害物質(zhì)并且具備一定持續(xù)殺菌能力而作為傳統(tǒng)消毒工藝的一種最有利替代形式而受到廣泛討論。
　　使用空氣擴(kuò)散電極作為電化學(xué)體系陰極通過(guò)電解作用產(chǎn)生過(guò)氧化氫消毒是電化學(xué)消毒的一種形式，該體系主要?dú)⒕蜃訛殛帢O產(chǎn)生過(guò)氧化氫等氧活性物質(zhì)的間接氧化作用。
　　空氣擴(kuò)散電極中電極催化劑材料對(duì)電極性能有重要影響，多壁碳納米管由于其特殊結(jié)構(gòu)而具備

2、優(yōu)良的電化學(xué)性能，本課題通過(guò)加入多壁碳納米管作為催化劑制備空氣擴(kuò)散電極，提高電化學(xué)體系產(chǎn)過(guò)氧化氫性能和消毒效果。電化學(xué)分析結(jié)果表明與普通碳黑電極相比，碳納米管對(duì)催化氧發(fā)生二電子還原具有較高的活性，制備電極在間歇運(yùn)行360h過(guò)程中性能較為穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)選取無(wú)氯介質(zhì)磷酸鹽緩沖溶液為電解質(zhì)優(yōu)化了體系產(chǎn)過(guò)氧化氫外部操作條件條件，得到最佳操作條件為：電流密度15mA/cm2，電解質(zhì)濃度50mmol/L，pH值為中性。
　　以人工配制大腸桿菌懸濁

3、液為進(jìn)水研究了碳納米管空氣擴(kuò)散電極電化學(xué)體系的消毒效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在電流密度為15mA/cm2，電解介質(zhì)濃度為50mmol/L，初始pH值為7的條件下電解10min后，殺菌效率達(dá)到99.9％以上，大腸桿菌數(shù)量減少了約3.08log，顯示出良好的殺菌效果。從AFM圖像可以觀察到電解過(guò)程對(duì)大腸桿菌細(xì)胞的破壞作用：內(nèi)部塌陷，最后完全溶解。流式細(xì)胞分析結(jié)果顯示對(duì)電解15min后，壞死細(xì)胞占總數(shù)的70%以上，存活細(xì)胞僅占8%左右，說(shuō)明大腸桿菌

4、懸濁液經(jīng)由電化學(xué)體系處理后基本均為不可逆損傷，在適宜環(huán)境中不會(huì)出現(xiàn)復(fù)活現(xiàn)象。
　　電化學(xué)體系在消毒結(jié)束后由于溶液中仍保持一定濃度的過(guò)氧化氫而具備持續(xù)抑菌能力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在電解結(jié)束后10h內(nèi)大腸桿菌總數(shù)減少一倍log左右。實(shí)驗(yàn)同時(shí)考察了電流密度，進(jìn)水pH值、COD濃度和氯離子濃度等幾個(gè)重要因素對(duì)消毒效果的影響，結(jié)果表明：殺菌效率隨電流密度增加而增大；偏堿性環(huán)境中殺菌效率略低于酸性及中性環(huán)境；當(dāng)進(jìn)水COD濃度在低于60mg/L范圍內(nèi)

5、時(shí)，幾乎對(duì)消毒效果沒(méi)有影響；當(dāng)進(jìn)水COD濃度大于80mg/L時(shí)，體系電解時(shí)產(chǎn)生的氧化性物質(zhì)部分會(huì)參與到氧化溶解性COD的反應(yīng)中，影響消毒效果；當(dāng)電流密度較低時(shí)，氯離子濃度對(duì)殺菌效率影響較為顯著，殺菌效率隨進(jìn)水氯離子濃度增加而增加；在高電流密度條件下，陽(yáng)極同時(shí)發(fā)生析氧反應(yīng)，氯離子濃度對(duì)殺菌效率影響變小。最后以城市生活污水處理廠二沉池出水為進(jìn)水考察該電化學(xué)體系實(shí)際應(yīng)用能力，在運(yùn)行30min后，總菌和大腸菌群數(shù)量均下降99%以上，得到了良好的