微波活化鉑電極電化學氧化降解研究.pdf

1、在各種高級氧化水處理技術(shù)中，電化學氧化技術(shù)由于具有多功能性、高度的靈活性、無污染或少污染性和易于控制性等優(yōu)勢而受到廣泛的關(guān)注。然而電化學氧化技術(shù)由于存在電極表面的鈍化，導致電極表面電化學反應受阻，電流效率低的重要問題，使其在進一步應用中受到限制，因此通過引入其他手段改進電化學氧化技術(shù)成為當前一個非常具有活力的方向。 微波作為一種高頻電磁波，能夠加快反應的進行，正被廣泛地應用在化學反應中。本文將微波引入電化學氧化處理技術(shù)，實現(xiàn)了常

2、壓流動態(tài)下微波原位活化電極表面反應，減緩電極鈍化失活，提高電化學氧化降解效率。本論文以高濃度染料廢水為降解對象，研究了微波持續(xù)活化電化學氧化技術(shù)以及微波誘導金屬氧化物催化促進微波活化電化學氧化降解過程。 本研究首先建立了微波與電化學氧化技術(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態(tài)下的微波持續(xù)原位活化電化學氧化降解技術(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。石墨電極在反應中出現(xiàn)大量脫落，不是微波原位活化電化學氧化反應的理想電極。BDD電極由于其具有很寬的電勢窗口、很低的背景電流、很高的化學話電化學穩(wěn)定性以及耐腐蝕性等優(yōu)點在電化學氧化處理有著良好的表現(xiàn)，微波對BDD電極在電化學氧化降解效率也存在一定的增強作用。鉑電極在電化學氧化過程初期表現(xiàn)出的良好電催化性能，使之在此過程中能有效氧化降解有機污染物，但是鉑電極在氧化降解過程中存在著一個最為突出、有代表性的一個問題，即極易被

4、酚類和醌類物質(zhì)等中間產(chǎn)物鈍化，甚至中毒失活，造成電化學效率急劇下降，而微波的引入能持續(xù)對鉑電極表面原位活化，使其維持相對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展鉑電極的微波活化降解污染物方法和機制的研究。 論文著重研究了電化學氧化過程中微波對鉑電極的原位活化作用。研究結(jié)果表明，甲基橙在反應過程中產(chǎn)生的2，5-二硝基苯酚、對硝基苯酚、對苯二酚、苯醌、順丁烯二酸和草酸等多種中間產(chǎn)物都會嚴重的毒化鉑電極，使得降解反應無法

5、徹底進行。其中未開環(huán)的芳香類中間產(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％。在整個處理過程中，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)，微波的促進作用還表現(xiàn)為其熱效應所帶來傳質(zhì)和吸附與脫附過程的加快，使得甲基橙的電化學氧化速率提高了3倍多。 在微波原位活化鉑電極電化學氧化方法的研究基礎(chǔ)上，投加微波“敏化劑”——金屬氧化物

6、，進一步提高降解效果。由于存在典型的微波誘導催化效應，而該效應在涉及羥基自由基的反應中更為明顯，使得電化學氧化這個典型涉及羥基自由基的反應對微波更為敏銳。通過對納米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。進一步將納米CuO負載在微波誘導反應中典型的催化劑載體——活性炭（AC）上，得到（CuO-AC）催化劑，對其降解過程中的TOC和甲基橙去除率進行研究。結(jié)果

7、發(fā)現(xiàn)在90min時，有催化劑的MW-EC反應中的甲基橙基本被完全去除，TOC去除率高達90％以上；而在沒有催化劑的MW-EC反應則需要150min左右，在90min時TOC去除率僅為78．4％。并對氧化過程中兩種典型中間產(chǎn)物對苯二酚和苯醌進行定量分析，結(jié)果顯示CuO-AC能夠顯著地加快電化學氧化過程中中間產(chǎn)物的進一步氧化，減少中間產(chǎn)物的累積及其對電極的鈍化和毒害作用。通過分析CuO-AC對微波持續(xù)原位活化電化學氧化過程中的羥基自由基的影