活性炭纖維陰極電芬頓高效去除草甘膦機(jī)理與機(jī)制研究.pdf

1、近年來(lái)，水體中難降解有機(jī)污染物的去除已經(jīng)成為水處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，其中具有廣譜處理效果且處理效率高、操作簡(jiǎn)便、與環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)的高級(jí)氧化技術(shù)引起了國(guó)內(nèi)外研究者的廣泛注意。電-Fenton法的實(shí)質(zhì)是把用電化學(xué)法產(chǎn)生的H2O2和（或）Fe2+作為Fenton試劑的持續(xù)來(lái)源與不斷補(bǔ)充。其中在酸性介質(zhì)和Fe2+存在體系中，利用O2在陰極還原生成的H2O2與Fe2+反應(yīng)所產(chǎn)生的羥基自由基(·OH)氧化有機(jī)物的電-Fenton反應(yīng)倍受青睞。利用電-

2、Fenton方法現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的H2O2與外投H2O2的傳統(tǒng)芬頓法相比具有顯著優(yōu)點(diǎn):(1)避免了H2O2輸送與貯存過(guò)程中的潛在風(fēng)險(xiǎn);(2) H2O2和Fe2+以相當(dāng)?shù)乃俾食掷m(xù)產(chǎn)生，能保證長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)高效降解，使有機(jī)物能得到更加完全的氧化，且污泥產(chǎn)量少;(3)電-Fenton反應(yīng)去除有機(jī)物有機(jī)物去除因素較多，除·OH的氧化作用外，還有陽(yáng)極氧化，電吸附等。
　　本論文以高表面積活性炭纖維(ACF)為陰極，形穩(wěn)電極RuO2/Ti網(wǎng)為陽(yáng)極，利用

3、活性炭纖維準(zhǔn)三維結(jié)構(gòu)強(qiáng)化陰極間接氧化作用，利用電-Fenton方法對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥草甘膦的降解進(jìn)行研究，取得以下主要結(jié)果:
　　1、對(duì)活性炭纖維陰極電化學(xué)產(chǎn)生H2O2過(guò)程進(jìn)行了系統(tǒng)研究，考察了一些影響因素，如電流強(qiáng)度、初始pH、通氣流量、背景氣體種類(lèi)等對(duì)H2O2生成的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明電流強(qiáng)度越大，所產(chǎn)生的H2O2越多;酸性條件有利于H2O2的生成;通氣流量主要影響反應(yīng)的傳質(zhì)過(guò)程，氣體流量越大，所產(chǎn)生的H2O2越多，但當(dāng)氣體流量增加到

4、一定程度后，其對(duì)H2O2產(chǎn)量的影響并不十分明顯;背景氣體種類(lèi)對(duì)H2O2生成量的影響由高到低依次為氧氣、無(wú)氣體、空氣、氮?dú)?，其中在無(wú)氣體通入條件下生成的H2O2要高于通入空氣時(shí)H2O2的生成量，說(shuō)明反應(yīng)中陽(yáng)極所產(chǎn)生的氧氣可以為陰極提供氧氣;研究還發(fā)現(xiàn)H2O2的生成與水中溶解氧濃度成正比;
　　2、ACF陰極電-Fenton反應(yīng)可以高效降解農(nóng)藥草甘膦，在pH3.0、電流0.36 A和Fe2+1.0 mM條件下處理0.5 mM(84.5

5、 mg/L)草甘膦360 min，草甘膦濃度去除率可達(dá)到84.4％以上，TOC去除率達(dá)到48.5％。以ACF為陰極的電-Fenton反應(yīng)對(duì)水中草甘膦TOC的去除率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單獨(dú)陽(yáng)極氧化(TOC去除率為2.7％)和電化學(xué)產(chǎn)生H2O2(TOC去除率為20％)過(guò)程。ACF陰極電-Fenton系統(tǒng)的最佳pH在3.0左右;電流強(qiáng)度的提高有利于有機(jī)物降解;亞鐵離子濃度提高可增加TOC去除，但Fe2+濃度過(guò)高則會(huì)因?yàn)镕e2+捕獲·OH而使處理效率下降。

6、未處理草甘膦溶液完全不可生化降解(BOD5/COD=0)，經(jīng)電-Fenton反應(yīng)處理360 min后，BOD5/COD增加到0.32，表明該方法增了強(qiáng)廢水的可生化性，可作為預(yù)處理過(guò)程與生化方法結(jié)合，有利于有效提高系統(tǒng)處理效率，降低處理成本;
　　3、對(duì)電-Fenton反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了深入研究，利用DMSO和Fast Blue BB Salt方法檢測(cè)體系中生成的·OH，結(jié)果表明在電-Fenton體系中有高濃度·OH的生成;對(duì)比了鐵離子

7、價(jià)態(tài)對(duì)·OH生成有一定影響，F(xiàn)e2+產(chǎn)生自由基濃度較Fe3+高;電流強(qiáng)度、金屬離子種類(lèi)、氣體種類(lèi)均對(duì)電-Fenton產(chǎn)生·OH有一定的影響;
　　4、本論文還對(duì)電-Fenton體系中鐵離子的轉(zhuǎn)化進(jìn)行了研究，結(jié)果表明ACF可以有效電化學(xué)還原鐵離子，能使體系中的Fe2+循環(huán)產(chǎn)生，保證對(duì)有機(jī)物的降解高效進(jìn)行。電流強(qiáng)度、氣體種類(lèi)均對(duì)鐵的還原有一影響;電流強(qiáng)度越大，被還原的鐵離子越少，這是由于隨著電流強(qiáng)度的增加，陽(yáng)極的氧化作為也逐漸增大，陽(yáng)

8、極氧化作用大于ACF的還原作用，因此被還原的鐵離子濃度逐漸降低;氣體種類(lèi)對(duì)鐵離子的還原主要為在氮?dú)鈼l件下被還原的鐵離子濃度最高，而氧氣、空氣、無(wú)氣體條件下對(duì)鐵離子的還原無(wú)明顯影響，這是因?yàn)橐缘獨(dú)庾鳛楸尘皻怏w時(shí)，體系屬于還原體系，有利于鐵的還原，而其它背景氣體為氧化體系，鐵的還原效果較差;
　　5、最后本論文對(duì)ACF表面性質(zhì)進(jìn)行了表征。用SEM對(duì)ACF觀察表明:碳纖維表面比較平滑，具有明顯的軸向裂紋;通過(guò)ASAP2000型比表面儀測(cè)