錳渣基Cu-Fe負載粒子電極制備及處理非甾體抗炎鎮(zhèn)痛類污染物的試驗研究.pdf

1、非甾體抗炎鎮(zhèn)痛類污染物屬于藥品及個人護理用品(PPCPs)類污染物，是一類廣泛存在于環(huán)境中的微量污染物，具有持久性、生物積累性、長距離遷移的特性，這些污染物的毒性各異，對生物的健康存在巨大的潛在威脅。傳統(tǒng)污水處理工藝很難將其去除，研究新型處理方法迫在眉睫。
　　本課題在已有電催化技術的基礎上，制備了錳渣基Cu/Fe負載型粒子電極、PANFTi主電極，設計并制作反應器，構建三維粒子電極反應體系，研究了電催化氧化及類電-Fenton對

2、非甾體抗炎鎮(zhèn)痛類污染物的去除能效，分別探討了最佳工況條件和目標污染物的降解路徑及機理。
　　基于廢物利用的理念，選取錳渣作為粒子電極載體;根據(jù)目標污染物的結構，選取過渡金屬Cu、Fe作為催化活性物質。載體經過超聲清洗、干燥等預處理后，采用浸漬-焙燒法制備出負載不同比例催化活性組分的粒子電極，并以水楊酸的去除率為指標，對粒子電極進行篩選，發(fā)現(xiàn)在相同條件下負載Cu∶Fe=1∶1的粒子電極對水楊酸的去除率最高。采用SEM、XRF等手段進

3、行表征，發(fā)現(xiàn)負載后的粒子電極在結構上表面積增大，在成分上Cu、Fe的氧化物所占比例大幅提高。
　　針對電催化反應中存在的主電極陽極易腐蝕問題，本課題以鈦網為載體，采用微乳液法制備聚苯胺懸浮液，包覆導電聚合物聚苯胺的改性電極PANI/Ti，研究了經聚苯胺改性的電極系列特性。采用加速電極壽命法、電化學工作站對改性前后電極的壽命、導電性、抗腐蝕性等性能進行測試，結果表明，改性后的PANI/Ti性能更優(yōu)，能提供穩(wěn)定電場，激發(fā)粒子電極，增大

4、反應器中電催化反應面積。
　　將篩選出的負載Cu∶Fe=1∶1的粒子電極填充于特制的反應器中，以PANI/Ti作為陽極，碳纖維作為陰極，構建三維粒子電極反應器。以水楊酸去除率為指標，分別進行了槽電壓、電解質種類及濃度、進水pH、極板間距、水力停留時間、初始污染物濃度的單因素試驗，篩選出關鍵影響因子槽電壓、進水pH、水力停留時間、初始污染物濃度進行響應面實驗，實驗證明，進水pH和初始污染物濃度之間有交互作用，其它兩兩因素之間并無交互

5、作用。經Design-Expert8.0.6軟件預測出三維粒子電極催化氧化的最佳工況條件:槽電壓為8.00V，進水pH為3，初始污染物濃度為0.05mg/L，在此條件下，進行非甾體抗炎鎮(zhèn)痛類污染物水楊酸、酮洛芬、雙氯芬酸的去除實驗。水楊酸去除率為76.85％，與預測值相近;酮洛芬和雙氯芬酸的去除率分別為39.21％和32.48％，遠低于預測值。
　　為提高酮洛芬和雙氯芬酸的去除能效，在三維粒子電極反應器中引入過硫酸鹽和過硫酸鹽活化

6、劑，在電場的作用下強化活化過硫酸鹽，發(fā)生類似電-Fenton的反應。以雙氯芬酸的去除率為指標，探究最佳過硫酸鹽投加量和最佳過硫酸鹽活化劑的種類(Fe2+、Fe0)與投加量，結果表明，最佳過硫酸鹽投加量為1.5mmol/L，F(xiàn)e0更適合作為過硫酸鹽的活化劑，最佳投加量為3mmol/L。當水力停留時間為120min，進水pH為3，槽電壓為8.00V，初始污染物濃度為0.05mg/L，極板間距4cm，電解質濃度為0.05mol/L，過硫酸鹽投

7、加量為1.5mmol/L，F(xiàn)e0投加量為3mmol/L時，水楊酸和酮洛芬的去除率分別達到95.73％和84.85％。在反應體系中加入過量化學探針硝基苯和乙醇，硝基苯捕獲SO4·-，乙醇可以同時捕獲SO4·-和·OH，實驗結果表明，反應體系內同時存在SO4·-和·OH，污染物的去除是兩種自由基共同作用的結果。
　　分別對固相萃取小柱進行甲醇活化、對經試驗處理前后的水樣進行萃取、甲醇洗脫、收集洗脫液，使用氮吹儀將洗脫液處理到2ml左右

8、，轉移至高效液相色譜儀專用樣品瓶中進行分析，發(fā)現(xiàn)水楊酸、雙氯芬酸降解后在不同的保留時間有不同的中間產物峰，而酮洛芬只檢測出酮洛芬含量減少，中間產物出峰不明顯，說明酮洛芬降解的過程進行很快，無中間產物積累。結合氣相色譜質譜聯(lián)用儀進行分析、對比，推測目標污染物的降解過程中主要變化過程為:①水楊酸作為·OH捕獲劑，主要在·OH的作用下先后發(fā)生脫羧反應和苯環(huán)上發(fā)生取代反應，然后再發(fā)生開環(huán)反應而被礦化;②酮洛芬在SO4·-和·OH的作用下先后發(fā)生