FR-CNTs-PbO2-SnO2-Sb-Ti電極制備及其電催化降解羅丹明B和17α-炔雌醇的應(yīng)用研究.pdf

1、難降解有機(jī)污染物(POPs)是一類具有遺傳毒性、生物積累性、持續(xù)性、長(zhǎng)距離遷移性的環(huán)境污染物。電催化氧化技術(shù)作為難降解有機(jī)污染物處理的有效方法，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、處理效率高、無(wú)二次污染和環(huán)境兼容性好等優(yōu)點(diǎn)，一直受研究人員的廣泛關(guān)注，用于有毒、可生化性差物質(zhì)的處理。而選擇具備高電催化性能、高氧氣析出電位、高化學(xué)穩(wěn)定性且價(jià)格低廉的陽(yáng)極材料是決定電催化氧化處理難降解有機(jī)污染物效率的關(guān)鍵。
　　 本文擬制備FR-CNTs-PbO2

2、/SnO2-Sb/Ti電極，用于典型難降解有機(jī)污染物羅丹明B(RhB)、17α-炔雌醇(EE2)的降解，考察不同參數(shù)如時(shí)間、電流密度、pH、初始濃度對(duì)降解效率的影響，考察電極的電催化氧化性能并提出相關(guān)的降解動(dòng)力學(xué)方程和可能的降解途徑。
　　 首先，本文利用碳納米管(CNTs)的優(yōu)異性能和氟樹脂(FR)的憎水性能，采用電化學(xué)共沉積技術(shù)制備摻雜型FR-CNTs-PbO2/SnO2-Sb/Ti復(fù)合電極。運(yùn)用掃描電子顯微鏡(SEM)和X

3、射線衍射儀(XRD)對(duì)該電極的形貌和組成進(jìn)行表征，采用接觸角儀和陽(yáng)極極化曲線對(duì)電極的電化學(xué)性能進(jìn)行考察。結(jié)果表明，該電極比FR-PbO2/SnO2-Sb/Ti和PbO2/SnO2-Sb/Ti電極具有更強(qiáng)的憎水性能和更高的O2析出電位，這將有利于提高電極的電催化性能和電流利用效率。將FR-CNTs-PbO2/SnO2-Sb/Ti電極應(yīng)用于RhB的降解研究，30mAcm-2電流密度下，處理10μmolL-1RhB15min，RhB去除率高達(dá)

4、90.21％。相同條件下，F(xiàn)R-PbO2/SnO2-Sb/Ti電極對(duì)RhB的去除率僅為69.08％。且FR-CNTs-PbO2/SnO2-Sb/Ti電極的反應(yīng)速率常數(shù)為0.2215min-1，是FR-PbO2/SnO2-Sb/Ti電極（k=0.1191min-1）的近2倍。由此可見(jiàn)，較強(qiáng)的憎水性和較高的析氧電位，增強(qiáng)了FR-CNTs-PbO2/SnO2-Sb/Ti電極的電化學(xué)性質(zhì)和電催化效果。
　　 其次，本文在上述研究的基礎(chǔ)上

5、進(jìn)行FR-CNTs-PbO2/SnO2-Sb/Ti陽(yáng)極電催化降解水溶液中RhB的研究。運(yùn)用循環(huán)伏安法(CV)對(duì)電極的電催化性能進(jìn)行表征，得出該陽(yáng)極主要通過(guò)產(chǎn)生強(qiáng)氧化基團(tuán)如·OH間接電催化氧化RhB。還考察了pH、RhB初始濃度對(duì)降解效率的影響，初始pH變化對(duì)RhB降解不存在顯著影響，初始RhB濃度分別設(shè)為2.5、5、10、15、20μmolL-1，降解效率會(huì)隨濃度的降低而增高，但是，當(dāng)RhB低至2.5、5、10μamolL-1時(shí)，初始濃

6、度對(duì)降解效率的影響不顯著。采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)測(cè)定RhB降解中間產(chǎn)物，鑒定出13種產(chǎn)物，并在此基礎(chǔ)上提出了RhB的可能降解途徑:FR-CNTs-PbO2/SnO2-Sb/Ti陽(yáng)極作用生成的·OH直接攻擊RhB結(jié)構(gòu)中心，使發(fā)色基團(tuán)裂開生成相對(duì)較小的分子，如鄰苯二甲酸、2-羥基苯甲酸等，之后開環(huán)形成酸類小分子，最后礦化為CO2和H2O。
　　 最后，本文進(jìn)一步將FR-CNTs-PbO2/SnO2-Sb/Ti陽(yáng)極用于

7、水溶液中最強(qiáng)有力合成雌激素17α-炔雌醇(EE2)的電催化去除研究。降解過(guò)程中，13.33mAcm2電流密度下，處理10μmolL-1EE225min，EE2去除率可達(dá)92.00％，其反應(yīng)動(dòng)力學(xué)為一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)，方程為L(zhǎng)nC=0.1052t-0.2036，速率常數(shù)為0.1052min-1，相關(guān)系數(shù)高于0.966。EE2降解20min后，因?yàn)橹虚g產(chǎn)物的生成，UV光譜于230-270nm范圍內(nèi)出現(xiàn)新的吸收峰，新吸收峰所對(duì)應(yīng)的主要產(chǎn)物是帶苯環(huán)

8、類物質(zhì)。考察電流密度、pH、EE2初始濃度對(duì)降解效率的影響，電流密度在降解過(guò)程中起著主要作用，較為合適的電流密度為13.33mAcm2，初始pH變化對(duì)EE2降解不存在顯著影響，EE2初始濃度越低越有利于提高去除速率，但是，當(dāng)RhB低至6、8μmolL-1時(shí)，去除速率的提高不顯著。采用GC-MS測(cè)定EE2降解中間產(chǎn)物，鑒定出15種產(chǎn)物，并在此基礎(chǔ)上提出EE2的可能降解途徑:FR-CNTs-PbO2/SnO2-Sb/Ti陽(yáng)極作用生成的·OH