活性炭纖維陰極電芬頓高效去除草甘膦機理與機制研究.pdf

1、近年來，水體中難降解有機污染物的去除已經(jīng)成為水處理領(lǐng)域的研究熱點，其中具有廣譜處理效果且處理效率高、操作簡便、與環(huán)境友好等優(yōu)點的高級氧化技術(shù)引起了國內(nèi)外研究者的廣泛注意。電-Fenton法的實質(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)來源與不斷補充。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)氧化有機物的電-Fenton反應(yīng)倍受青睞。利用電-

2、Fenton方法現(xiàn)場產(chǎn)生的H2O2與外投H2O2的傳統(tǒng)芬頓法相比具有顯著優(yōu)點:(1)避免了H2O2輸送與貯存過程中的潛在風(fēng)險;(2) H2O2和Fe2+以相當?shù)乃俾食掷m(xù)產(chǎn)生，能保證長時間的持續(xù)高效降解，使有機物能得到更加完全的氧化，且污泥產(chǎn)量少;(3)電-Fenton反應(yīng)去除有機物有機物去除因素較多，除·OH的氧化作用外，還有陽極氧化，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)為陽極，利用

3、活性炭纖維準三維結(jié)構(gòu)強化陰極間接氧化作用，利用電-Fenton方法對有機磷農(nóng)藥草甘膦的降解進行研究，取得以下主要結(jié)果:
　　1、對活性炭纖維陰極電化學(xué)產(chǎn)生H2O2過程進行了系統(tǒng)研究，考察了一些影響因素，如電流強度、初始pH、通氣流量、背景氣體種類等對H2O2生成的影響。實驗結(jié)果表明電流強度越大，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)過程，氣體流量越大，所產(chǎn)生的H2O2越多，但當氣體流量增加到

4、一定程度后，其對H2O2產(chǎn)量的影響并不十分明顯;背景氣體種類對H2O2生成量的影響由高到低依次為氧氣、無氣體、空氣、氮氣，其中在無氣體通入條件下生成的H2O2要高于通入空氣時H2O2的生成量，說明反應(yīng)中陽極所產(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到84.4％以上，TOC去除率達到48.5％。以ACF為陰極的電-Fenton反應(yīng)對水中草甘膦TOC的去除率遠遠高于單獨陽極氧化(TOC去除率為2.7％)和電化學(xué)產(chǎn)生H2O2(TOC去除率為20％)過程。ACF陰極電-Fenton系統(tǒng)的最佳pH在3.0左右;電流強度的提高有利于有機物降解;亞鐵離子濃度提高可增加TOC去除，但Fe2+濃度過高則會因為Fe2+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，表明該方法增了強廢水的可生化性，可作為預(yù)處理過程與生化方法結(jié)合，有利于有效提高系統(tǒng)處理效率，降低處理成本;
　　3、對電-Fenton反應(yīng)機理進行了深入研究，利用DMSO和Fast Blue BB Salt方法檢測體系中生成的·OH，結(jié)果表明在電-Fenton體系中有高濃度·OH的生成;對比了鐵離子

7、價態(tài)對·OH生成有一定影響，F(xiàn)e2+產(chǎn)生自由基濃度較Fe3+高;電流強度、金屬離子種類、氣體種類均對電-Fenton產(chǎn)生·OH有一定的影響;
　　4、本論文還對電-Fenton體系中鐵離子的轉(zhuǎn)化進行了研究，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，保證對有機物的降解高效進行。電流強度、氣體種類均對鐵的還原有一影響;電流強度越大，被還原的鐵離子越少，這是由于隨著電流強度的增加，陽極的氧化作為也逐漸增大，陽

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;氣體種類對鐵離子的還原主要為在氮氣條件下被還原的鐵離子濃度最高，而氧氣、空氣、無氣體條件下對鐵離子的還原無明顯影響，這是因為以氮氣作為背景氣體時，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ACF表面性質(zhì)進行了表征。用SEM對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ASAP2000型比表面儀測