負(fù)載二氧化鈦活性炭纖維—石墨板電極電化學(xué)氧化含苯酚廢水研究.pdf

1、苯酚是一種常見的有機化工原料，廣泛應(yīng)用于石油化工、染料、造紙、皮革、農(nóng)藥、醫(yī)藥等領(lǐng)域。在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含酚廢水一般具有濃度高、生物學(xué)毒性強、難降解與殘留期長的特點，使其成為具有突出環(huán)境風(fēng)險的優(yōu)先監(jiān)測污染物之一。因此開展含酚廢水的處理也隨即成為環(huán)境工程領(lǐng)域的研究熱點。
　　電化學(xué)法處理含酚廢水具有電流效率高、設(shè)備簡單、反應(yīng)條件溫和及過程清潔等特點。本課題以普通石墨板為電極內(nèi)襯，活性炭纖維氈為工作外層制備了活性炭纖維氈-石墨板工作電

2、極；構(gòu)成了相關(guān)電化學(xué)反應(yīng)器。以含苯酚的模擬廢水為研究對象，深入地探討了電化學(xué)處理苯酚廢水的技術(shù)條件、效果及其相關(guān)機理。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　本文以鈦酸四丁酯為前軀體，采用溶膠-凝膠法-吸附法將TiO2以一定的質(zhì)量比負(fù)載于活性炭纖維（ACF）上，并在N2氣氛中于500℃下煅燒2h，制備成為TiO2/ACF；再將一定面積的TiO2/ACF（7.41cm2）直接粘附在2×5cm（10cm2）石墨板上，構(gòu)成TiO2/ACF-石墨板

3、工作電極。掃描電鏡發(fā)現(xiàn)TiO2粒子均勻分布在ACF的表面；線性伏安表明，TiO2/ACF-石墨板電極在苯酚溶液中的電流密度明顯地比ACF及石墨板基材有所提高，顯示出較好的電化學(xué)活性。以TiO2/ACF-石墨板電極作為陽極，普通石墨板為陰極，建立了新型電化學(xué)氧化體系。以苯酚模擬廢水為研究對象，系統(tǒng)地考察了溶液初始pH值、電流密度、電解質(zhì)濃度、溫度及苯酚初始濃度等因素對苯酚降解率、COD去除率和電流效率的影響，并確定了處理工藝的最佳條件；同

4、時對比分析了TiO2/ACF-石墨板、ACF-石墨板及石墨板三種工作電極降解苯酚的差異。實驗結(jié)果表明，在25℃下、苯酚初始濃度為100mg/L、pH為6.20、電流密度為7.14mA/cm2、電解質(zhì)（Na2SO4）濃度為0.0750mol/L時，電解1h后，TiO2/ACF-石墨板電極對苯酚降解率和COD去除率為最大，分別為83.3%與47.0%；而后兩種電極所對應(yīng)的苯酚降解率與COD去除率分別為67.7%與35.8%及45.0%與28

5、.4%。
　　在此基礎(chǔ)上，向?qū)嶒烍w系中分別加入了媒質(zhì)陽離子Mn2+和陰離子Cl-，探討它們對苯酚間接電化學(xué)氧化降解的影響。結(jié)果表明，與苯酚在TiO2/ACF-石墨板電極上的直接氧化相比，在相同條件下Mn2+或Cl-的參與可使苯酚的降解效率提高11%或8%。
　　為闡明TiO2/ACF-石墨板、ACF-石墨板及石墨板三種工作電極對苯酚降解的可能途徑與降解機理，在上述條件下測定了各個體系中的·OH產(chǎn)生速率，分別為：0.09mmo

6、l/L·h、0.06mmol/L·h及0.03mmol/L·h。顯然TiO2/ACF-石墨板工作電極的氧自由基產(chǎn)生速率最大，這可能是引起三種工作電極對苯酚及COD去除效率差異的直接原因。進一步利用HPLC及IC等手段測定了這三種電極為陽極在上述最優(yōu)條件下降解苯酚的中間產(chǎn)物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：苯酚及中間產(chǎn)物在TiO2/ACF-石墨板電極上的氧化速度比在ACF-石墨板電極和石墨電極上快；這可能是因為TiO2的催化作用及其高析氧電位，使體系中·OH產(chǎn)

7、生速率加快所致。但在三種電極體系中，苯酚均先被氧化成對苯醌、對苯二酚及鄰苯二酚，因苯酚的進一步生成羥基化產(chǎn)物，表明·OH的存在。隨·OH作用的進一步加強，這些初始中間產(chǎn)物繼續(xù)氧化生成順丁烯二酸和D-蘋果酸，隨后又被氧化成草酸及甲酸，最終生成CO2和H2O。此外，在以TiO2/ACF-石墨板為陽極的電化學(xué)體系中分別加入正丙醇、叔丁醇、丙三醇及葡萄糖四種不同羥基化合物，發(fā)現(xiàn)苯酚的降解率均略有提高；COD去除率除叔丁醇體系隨電解時間延長呈下降