微波活化鉑電極電化學(xué)氧化降解研究.pdf

1、在各種高級(jí)氧化水處理技術(shù)中，電化學(xué)氧化技術(shù)由于具有多功能性、高度的靈活性、無(wú)污染或少污染性和易于控制性等優(yōu)勢(shì)而受到廣泛的關(guān)注。然而電化學(xué)氧化技術(shù)由于存在電極表面的鈍化，導(dǎo)致電極表面電化學(xué)反應(yīng)受阻，電流效率低的重要問(wèn)題，使其在進(jìn)一步應(yīng)用中受到限制，因此通過(guò)引入其他手段改進(jìn)電化學(xué)氧化技術(shù)成為當(dāng)前一個(gè)非常具有活力的方向。 微波作為一種高頻電磁波，能夠加快反應(yīng)的進(jìn)行，正被廣泛地應(yīng)用在化學(xué)反應(yīng)中。本文將微波引入電化學(xué)氧化處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了常

2、壓流動(dòng)態(tài)下微波原位活化電極表面反應(yīng)，減緩電極鈍化失活，提高電化學(xué)氧化降解效率。本論文以高濃度染料廢水為降解對(duì)象，研究了微波持續(xù)活化電化學(xué)氧化技術(shù)以及微波誘導(dǎo)金屬氧化物催化促進(jìn)微波活化電化學(xué)氧化降解過(guò)程。 本研究首先建立了微波與電化學(xué)氧化技術(shù)聯(lián)用的裝置，探討了石墨電極、鉑電極和摻硼金剛石膜（BDD）電極三種代表性電極在常壓流動(dòng)態(tài)下的微波持續(xù)原位活化電化學(xué)氧化降解技術(shù)中的可行性。 研究結(jié)果表明，在微波作用下，三種電極體系的降

3、解效果都得到了提高。石墨電極在反應(yīng)中出現(xiàn)大量脫落，不是微波原位活化電化學(xué)氧化反應(yīng)的理想電極。BDD電極由于其具有很寬的電勢(shì)窗口、很低的背景電流、很高的化學(xué)話(huà)電化學(xué)穩(wěn)定性以及耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)在電化學(xué)氧化處理有著良好的表現(xiàn)，微波對(duì)BDD電極在電化學(xué)氧化降解效率也存在一定的增強(qiáng)作用。鉑電極在電化學(xué)氧化過(guò)程初期表現(xiàn)出的良好電催化性能，使之在此過(guò)程中能有效氧化降解有機(jī)污染物，但是鉑電極在氧化降解過(guò)程中存在著一個(gè)最為突出、有代表性的一個(gè)問(wèn)題，即極易被

4、酚類(lèi)和醌類(lèi)物質(zhì)等中間產(chǎn)物鈍化，甚至中毒失活，造成電化學(xué)效率急劇下降，而微波的引入能持續(xù)對(duì)鉑電極表面原位活化，使其維持相對(duì)較好的催化性能和氧化降解能力。所以本論文在下面著重開(kāi)展鉑電極的微波活化降解污染物方法和機(jī)制的研究。 論文著重研究了電化學(xué)氧化過(guò)程中微波對(duì)鉑電極的原位活化作用。研究結(jié)果表明，甲基橙在反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的2，5-二硝基苯酚、對(duì)硝基苯酚、對(duì)苯二酚、苯醌、順丁烯二酸和草酸等多種中間產(chǎn)物都會(huì)嚴(yán)重的毒化鉑電極，使得降解反應(yīng)無(wú)法

5、徹底進(jìn)行。其中未開(kāi)環(huán)的芳香類(lèi)中間產(chǎn)物是造成鉑電極中毒、鈍化的主要物質(zhì)。但在微波的活化作用下，這些中間產(chǎn)物卻能迅速地被分解，礦化率接近100％。在整個(gè)處理過(guò)程中，微波活化的鉑電極始終保持較高的電流效率，是未活化鉑電極的1．8-3．6倍。研究還發(fā)現(xiàn)，微波的促進(jìn)作用還表現(xiàn)為其熱效應(yīng)所帶來(lái)傳質(zhì)和吸附與脫附過(guò)程的加快，使得甲基橙的電化學(xué)氧化速率提高了3倍多。 在微波原位活化鉑電極電化學(xué)氧化方法的研究基礎(chǔ)上，投加微波“敏化劑”——金屬氧化物

6、，進(jìn)一步提高降解效果。由于存在典型的微波誘導(dǎo)催化效應(yīng)，而該效應(yīng)在涉及羥基自由基的反應(yīng)中更為明顯，使得電化學(xué)氧化這個(gè)典型涉及羥基自由基的反應(yīng)對(duì)微波更為敏銳。通過(guò)對(duì)納米CuO、Fe2O3、Al2O3、Mn2O3、NiO、SnO2和ZnO催化劑降解效果的比較，最終選定納米CuO為最優(yōu)催化劑。進(jìn)一步將納米CuO負(fù)載在微波誘導(dǎo)反應(yīng)中典型的催化劑載體——活性炭（AC）上，得到（CuO-AC）催化劑，對(duì)其降解過(guò)程中的TOC和甲基橙去除率進(jìn)行研究。結(jié)果

7、發(fā)現(xiàn)在90min時(shí)，有催化劑的MW-EC反應(yīng)中的甲基橙基本被完全去除，TOC去除率高達(dá)90％以上；而在沒(méi)有催化劑的MW-EC反應(yīng)則需要150min左右，在90min時(shí)TOC去除率僅為78．4％。并對(duì)氧化過(guò)程中兩種典型中間產(chǎn)物對(duì)苯二酚和苯醌進(jìn)行定量分析，結(jié)果顯示CuO-AC能夠顯著地加快電化學(xué)氧化過(guò)程中中間產(chǎn)物的進(jìn)一步氧化，減少中間產(chǎn)物的累積及其對(duì)電極的鈍化和毒害作用。通過(guò)分析CuO-AC對(duì)微波持續(xù)原位活化電化學(xué)氧化過(guò)程中的羥基自由基的影