石墨烯/碳化钴钼复合材料作为微生物燃料电池阴极催化剂的研究

用改良Hummers法和碳热还原法分别制备了石墨烯和碳化钴钼。用透射电镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)表征了材料的形貌和结构。用循环伏安(CV)表征了其氧还原(ORR)催化性能,结果表明,复合材料的氧还原峰电流和起峰电位均大大优于单一材料。旋转圆盘电极(RDE)实验表明复合材料的氧还原反应为高效的四电子转移过程。含有6 mg·cm~(-2)石墨烯/碳化钴钼复合材料作为阴极催化剂的微生物燃料电池(MFCs)最大功率密度为418 mW·m~(-2),达到商业铂碳的68.3%。因此,廉价的石墨烯/碳化钴钼复合材料作为MFCs阴极氧还原催化剂具有巨大的应用潜力。     

三维多孔碳海绵催化臭氧氧化有机染料

针对目前催化臭氧氧化催化剂效率较低、易损失等缺点,通过高温煅烧制备了三聚氰胺碳海绵,以廉价易得的三聚氰胺泡沫直接碳化制备出柔性碳海绵,探讨其在催化臭氧氧化降解印染废水反应中的应用潜力;采用SEM观察、比表面积测定、傅里叶红外光谱和X-射线光电子能谱对碳化前后泡沫进行了表征,探讨了碳化前后泡沫微观结构的变化与催化降解印染废水性能与机理。结果表明:氮气氛围下高温煅烧获得了兼具微孔/介孔结构的三维碳骨架,为催化反应提供充分暴露的活性位点和高效的传质通道;在催化臭氧氧化染料的过程中,973 K下制备的碳泡沫呈现出最为优异的催化活性,显著高于均相臭氧氧化和常规活性炭催化臭氧氧化;自由基捕获实验表明催化过程由羟基自由基(·OH)所主导,超氧自由基(·O_2~-)则发挥了次要作用;富含多孔结构的碳海绵对于活性自由基的生成起到了积极贡献,从而在实际印染废水处理中具有良好的降解性能。研究为开发低成本的三维碳材料用于催化臭氧降解有机污染废水提供了新思路。     

改性MIL-101(Fe)非均相芬顿反应降解罗丹明B

金属有机骨架材料MIL-101(Fe)具有一定的催化活性,为进一步提升其催化性能,利用金属掺杂和柠檬酸调节对其进行改性,制备得到Cu/Ce-MIL-101(Fe)和Cu/Ce-MIL-101(Fe)-N两种改性材料。通过X射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、场发射扫描电镜(SEM)、氮气吸附脱附测试及X射线光电子能谱(XPS)对材料进行表征。结果显示,改性后催化剂具有相似的骨架结构和化学键组成,活性位点的结合能减少0.2～0.3 eV。金属掺杂和柠檬酸调节改性后Cu/Ce-MIL-101(Fe)-N平均孔径增大至14.932 nm。采用非均相芬顿反应研究降解时间和pH对罗丹明B降解性能的影响,结果表明,在温度为25℃,罗丹明B初始质量浓度为24 mg/L,溶液pH为4且Cu/Ce-MIL-101(Fe)-N投加量为0.2 g/L,3%(体积分数) H₂O₂投加量为60 mL/L,反应60 min时,罗丹明B降解率高达98%。改性前后催化剂降解过程均更符合准一级动力学模型。其中,Cu/Ce-MIL-101(Fe)-N能够在60...     

Fe0还原、芬顿氧化及其耦合技术去除染料厂剩余污泥中的AOX

染料废水中含有大量难生物降解的卤代有机物合成中间体,合成卤代有机物在废水的生物处理过程中容易被吸附到剩余污泥中,如不能妥善处理会引起生态健康风险。研究了零价铁还原、芬顿氧化及其组合技术对染料企业剩余污泥中AOX(可吸附有机卤代物)的去除效果,优化了处理条件,解析了去除机理。结果表明,铁粉投加量为5 g·L~(-1),厌氧反应30 d时,零价铁还原对污泥中AOX降解率仅为24.7%;Fe2+投加量0.059 mol·L~(-1),H2O_2投加量0.89 mol·L~(-1),芬顿氧化1.5 h时,污泥中AOX去除率提高至73.7%;投加2 g·L~(-1)的铁粉,还原30 d后再进行芬顿反应,则污泥中AOX去除率可达到90.3%。GC-MS分析结果表明,污泥中的主要AOX物质为2,6-二氯-4-硝基苯胺,该物质经过零价铁还原与芬顿氧化组合工艺处理后,比直接芬顿氧化能得到更有效的去除。     

双转盘反应器光催化处理罗丹明B

采用溶胶—凝胶法制备的TiO2/Ti电极为光阳极,Cu、Fe、Zn或C为阴极,组成双转盘反应器,以罗丹明B(RhB)为目标污染物,考察了反应条件对光催化效率的影响.结果表明,最佳反应条件:阴极材料为Cu;转盘转速为70 r/min;初始pH为2.5；Na2SO4质量浓度为1.0 g/L; RhB初始质量浓度为20 mg/L.在最佳反应条件下,处理RhB模拟废水30 min的脱色率可达到99.9％.双转盘反应器处理不同浓度的RhB时,其脱色率是单转盘的1.12～2.33倍,且倍数随着RhB浓度增大而增加,表明双转盘反应器可高效地光催化处理高浓度染料废水.     

MIL-88B(Fe)非均相芬顿催化降解磺胺甲恶唑

采用溶剂热法合成了铁基金属有机骨架材料MIL-88B(Fe),将其作为类芬顿催化剂用于催化降解水中磺胺甲恶唑(SMX)。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等对催化剂的结构和性能进行表征,并研究了H_2O_2浓度、催化剂投加量、溶液初始pH和污染物初始浓度等对SMX降解效果的影响。结果表明,在H_2O_2摩尔浓度为6.0mmol/L、催化剂投加量为0.2g/L、pH为4、SMX为5mg/L的优化反应条件下,MIL-88B(Fe)对SMX的降解率可达99%。在较宽的pH(4～6)范围内,MIL-88B(Fe)仍保持较好的催化活性,且5次循环使用后对SMX去除率仍可达95%以上。表明合成的MIL-88B(Fe)具有较高的催化活性和重复性能,是一种优良的非均相类芬顿催化剂。     

铁碳微电解填料制备及其对亚甲基蓝的降解

针对传统铁碳微电解工艺中填料易板结的问题,在较低的烧结温度800℃条件下,将铁、活性炭、粘结剂和催化剂按一定配料比混合烧结4 h制备了一种铁碳微电解填料。将印染废水中的染料成分亚甲基蓝作为目标污染物,探究溶液pH、铁碳材料添加量和亚甲基蓝起始浓度等反应条件对亚甲基蓝降解效率的影响。在pH=3,铁碳投加量30 g·L~(-1),亚甲基蓝浓度10 mg·L~(-1)的条件下,亚甲基蓝的去除率达到55%左右;相同条件下对于微电解填料的循环使用实验中亚甲基蓝的去除率能维持在50%以上,证明了该微电解填料具有连续运行的能力。另外,通过微电解与芬顿反应联用的初步实验发现联用效果对于亚甲基蓝的降解率能大幅度提升至90%以上,证明微电解与芬顿反应联用具有较大的应用潜力。     

感应热固定床CWPO处理染料废水的催化剂制备及其性能

感应热固定床(IHFB)作为新型热传递方式下非均相反应器,利用感应加热铁磁材料将热量传递至液相,形成固液界面高温微反应区,实现有机废水低能高效降解。实验以海绵铁为感应内核,淀粉为碳源,0.2 mol/L硝酸镍为浸渍溶液,按照一定固液比采用浸渍焙烧法制备了C包覆表层负载NiO的感应热催化剂(mNiO/C),对mNiO/C材料的形态结构进行了SEM、ES和XRD表征。结果表明,铁碳比(Fe/C)3∶1、浸渍固液比1∶1、500℃下焙烧2 h,重复包覆3次所得的mNiO/C材料结构最稳定、催化活性最大。并以直接紫D-BL模拟废水为进水,考察了流动状态下感应热固定床催化湿式过氧化氢氧化法(CWPO)降解染料废水的性能,在最优条件下,染料降解率高达80%以上。     

新型光-类芬顿催化剂纳米FeVO_4的制备及其对盐酸四环素的降解性能

采用水热法制备新型光-类芬顿纳米钒酸铁,通过X射线衍射(XRD)、粒径和比表面积(BET)对产物进行表征。以盐酸四环素模拟废水,通过光-类芬顿体系下对盐酸四环素的催化降解效果评价钒酸铁的催化活性,研究分析光源、盐酸四环素初始浓度、pH值、FeVO_4的用量以及H_2O_2的用量对盐酸四环素催化降解性能的影响。结果表明,在可见光下,盐酸四环素初始浓度为50 mg·L~(-1),pH值为7,H2O2的用量为60μL时,1.5 g·L~(-1)纳米钒酸铁,经过120 min反应后降解率为97.63%。     

纳米铜膜高效快速催化还原染料废水脱色

以Cu(CH_3COO)_2·H_2O为铜源前驱物,水合肼为还原剂,通过浸渍的方法在棉布上负载纳米铜,成功制备了纳米铜膜。利用XRD和SEM对其进行了物相和形貌的表征,以亚甲基蓝(MO)、结晶紫(CV)、甲基橙(MO)和罗丹明B(RhB)等常见的8种染料为目标污染物,评价了其催化还原染料废水的性能。结果表明:制备的纳米铜膜表面的纳米铜颗粒近似球形,平均粒径约700~800 nm,能够加快还原反应中的电子转移,达到快速使染料废水快速脱色的目的。在25℃,纳米铜膜的大小为4 cm×6 cm,NaBH_4的浓度为0.5 mol·L~(-1),所建立的纳米铜膜催化体系能在12 min内使20μmol·L~(-1)的RhB完全脱色,在相同体系下,同浓度的MB、CV和MO的脱色时间分别只需要10 s、30 s和10 min,膜材料重复使用16次以后的脱色效果仍然在98%以上,表现出良好的催化活性和循环性。     

以泡沫镍为阴极的电芬顿法对苯酚的降解

电芬顿是一种高级氧化技术,其中电极材料对其处理效果有较为明显的影响。为提高电芬顿系统处理效率,选用泡沫镍电极作为阴极,以H_2O_2浓度为指标,探究了操作条件(p H、电流密度、曝气速率、电极间距)对其催化产H_2O_2性能的影响,并利用苯酚作为模拟污染物研究降解效果。实验结果表明,泡沫镍具备优异的阴极性能,其最佳工作条件为:p H=3,电流密度i=3 m A/cm~2,曝气量10 L/h,电极间距3 cm,在此条件下反应60 min后H_2O_2浓度可达45 mg/L。使用泡沫镍作为阴极降解苯酚废水,研究了Fe~(2+)投加量对去除率的影响。在最佳Fe~(2+)量(40 mg/L)下,反应2 h后苯酚及COD去除率分别达到95%和80%。其降解反应符合准一级动力学方程,表观反应速率常数最大可达5.0×10~(-4)s~(-1)。     

电化学法生成Fenton试剂及其在工业染料废水降解脱色中的应用

以多孔石墨电极为阴极 ,电解时在阴极通以氧气或空气 ,电解生成的过氧化氢与阳极溶解的Fe2 +进行随后化学反应 ,现场生成羟基自由基 (Fenton试剂 ) ,进而对有机染整工业废水进行降解脱色反应。以可见光吸收谱图表征了工业染料废水经电解槽处理后吸光度的变化 ,以重铬酸钾法测试染料处理后的COD。实验结果表明 ,COD的去除率大于 80 % ,染料的脱色率达 1 0 0 % ,若将电解电流密度控制在 1 0mA/cm2 以下 ,槽电压可控制在 5V以内。实验结果表明 ,向阴极多孔石墨电极中通入空气与通入氧气的效果一致。     

活性炭负载钴铁氧体催化PMS降解水中罗丹明B

采用化学共沉淀法制备了磁性活性炭负载钴铁氧体(CoFe_2O_4@AC),用于催化过硫酸氢钾(PMS)产生SO_4~-·自由基降解水中罗丹明B(RhB)。采用SEM、HR-TEM、XRD、FTIR、XPS等测试手段对CoFe_2O_4@AC的表面物理化学特性进行了表征,考察了PMS投加量、RhB浓度、pH、温度对降解RhB的影响。实验结果表明:与AC/PMS、CoFe_2O_4/PMS相比,CoFe_2O_4@AC/PMS催化体系对RhB具有更高的降解效率,且适用于较宽的pH范围(pH=5.0~9.0);CoFe_2O_4@AC/PMS体系对RhB的降解随温度的升高而显著加快,其降解活化能为67.46kJ·mol~(-1)。降解机理研究结果表明,复合材料中的AC和Co(Ⅱ)协同参与了催化PMS产生·OH和SO_4~-·的过程。总之,磁性CoFe_2O_4@AC不仅具有高效的催化效果而且易于从水中分离,对有机染料废水的处理有着良好的前景。     

低分子有机酸对染料废水电催化氧化的影响

研究了二维模式下,形稳性阳极(dimension stable anode,DSA)作为电极材料处理以不同比例混合的酸性大红3R(Acid Red 3R,3R)与草酸(oxalic acid,OA)模拟废水。通过COD、TOC的测定和紫外-可见光谱分析等手段及电化学性能测试可以得出,草酸在电催化降解时所需要的电流密度为10 m A/cm2,明显低于3R电解时所需的电流密度25 m A/cm2。在电催化降解混合模拟染料废水时,电解可以有效破坏发色基团,易降解的有机组分OA优先被氧化,同时会提高难降解有机组分3R的去除效率。此外,废水的p H的不同能导致电催化机理的差异。在p H较低时,阴极的析氢反应占主导地位,使p H升高,而p H较高时,阳极的析氯反应产生Cl2,其水解产生H3O+,同时有机组分被氧化成有机酸,使p H降低。     

电解催化氧化法废水处理机制研究

采用电解催化氧化法(electrochemical enhanced catalytic oxidation reaction)处理某高浓度有机废水(COD约10 000mg·L~(-1)),该工艺主要包括电解反应、催化氧化反应以及催化氧化反应后废水内循环进行电解反应等过程。开展了不同因素对废水COD降解效率影响的研究,并对反应降解机制和反应动力学进行了探讨。结果显示,内循环设计结合H_2O_2溶液投加量逐步增加的方式,使得体系在420 min反应时间内均保持着不断削减COD的能力。当FeSO_4·7H_2O初始投加量为0.6 g·L~(-1)、回流比R为0.5时,COD减少量可达9 340 mg·L~(-1)。反应过程中工作电流I及氧化还原电势ORP监测值的不断波动表明反应体系中有机物不断被降解,氧化还原环境不断地变化。该工艺耦合电解氧化和Fenton技术,协同因子约为1.48,且可极大提高废水混凝性能,反应60 min后经废水混凝处理可使COD去除率由4.27%提高至26.21%。     

固定化醌耦合生物驱动的芬顿反应对芳香胺的降解

构建了蒽醌-2-磺酸改性聚氨酯泡沫(AQS-PUF)耦合生物驱动的芬顿反应过程,并研究了其对芳香胺的降解性能。结果表明:芬顿反应所需的H_2O_2来自于AQS-PUF厌氧生物还原-好氧自氧化循环过程,而Fe~(2+)来自于AQS-PUF介导的柠檬酸铁厌氧生物还原过程;芬顿反应的最适条件为0.20 mmol·L~(-1)固定化AQS,0.16 g·L~(-1)生物量,40 mmol·L~(-1)乳酸钠和4.5 mmol·L~(-1)柠檬酸铁;在最适条件下,通过厌氧-好氧(21 h/3 h)循环过程产生的H_2O_2最高可达42.9μmol·L~(-1),循环7次后,苯胺和2-氨基-8-N-(4, 6-二氯-1, 3, 5-三嗪-2-基)氨基-1-萘酚-3, 6-二磺酸钠的去除率分别为48.6%和43.3%。傅里叶红外光谱分析表明,反应过程中AQS-PUF的结构损伤程度很小,可重复使用。由此可见,AQS-PUF应用在生物驱动的芬顿反应中,不仅降低了对生物产H_2O_2能力的要求,而且加速了厌氧还原柠檬酸铁过程,从而使AQS-PUF耦合生物驱动的芬顿反应在处理芳香胺类污染物方面具有潜在的应用价值。     

沸石载体催化剂研制及其催化臭氧氧化染料废水的研究

以沸石为载体负载不同金属氧化物来制备催化剂,通过试验分析该催化剂催化臭氧氧化染料废水的效果及其影响因素。结果表明:(1)沸石对染料废水的吸附作用很小,总有机碳(TOC)去除率基本维持在3.2%左右,对于后期的试验可以忽略其影响。(2)以沸石作为载体制得的MnO2、Fe2O3、ZnO、CuO负载型催化剂(分别简写为MnO2/沸石、Fe2O3/沸石、ZnO/沸石、CuO/沸石),对臭氧氧化反应均有催化作用,其催化效果依次为MnO2/沸石Fe2O3/沸石ZnO/沸石CuO/沸石。同时,MnO2/沸石的重复使用率高。(3)MnO2/沸石催化臭氧氧化效率及重复使用率均优于以活性炭为载体的MnO2负载型催化剂。(4)臭氧氧化和MnO2/沸石催化臭氧氧化对染料的脱色率基本一致。MnO2/沸石催化臭氧氧化的TOC去除率比臭氧氧化提高较多,对染料废水有很好的处理效果。(5)以沸石为载体制得的负载型催化剂催化臭氧氧化实际染料废水的处理效果较好,具有较高的实用价值。     

高压塑片法制备PbO2电极及其处理染料废水的研究

利用高压甥片法制备了一种新型PbO2电极,采用X衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段对电极性能进行表征,并研究了其用于处理难降解染料废水(以中性枣红为例)的降解效果.结果表明.该电极不仅具有较高的电催化活性,而且还有很好的抗腐蚀性能,适合含高盐度废水的预处理.通过与普通石墨电极的对比研究发现,该电极在染料脱色和去除COD方面都有明显的优势.在此基础上,提出了新型PbO2电极降解有机物的作用机制.     

FeAlOx/MMT催化Fenton反应降解高浓度苯酚废水

以蒙脱土为载体制备负载型Fe/Al复合氧化物(FeAlOx/MMT)用于催化Fenton反应降解高浓度苯酚废水。实验结果表明,活性相FeAlOx中Fe/Al摩尔比为0.22时制备所得催化剂对Fenton反应具有最佳活性,且Fe/Al复合氧化物并未嵌入蒙脱土层间。在低温和高pH条件下催化体系存在诱导期,诱导期内FeAlOx/MMT缓释出Fe离子并进而由Fe离子催化溶液中的Fenton反应。通过对非均相催化降解苯酚废水的动力学研究发现,H2O2初始浓度、溶液的pH和反应温度对COD降解效率具有显著影响。调节降解过程中的温度序列和氧化剂引入程序能够缓解高温和高双氧水浓度双重因素耦合导致的HO.自消耗。在优化的降解条件下使用理论用量的H2O2可使得1 g/L的苯酚废水中苯酚降解率达到100%,而COD的降解率则达到97%。     

TiO2/Ti转盘液膜反应器光电催化处理罗丹明B

采用溶胶-凝胶法制备了TiO2/Ti电极,X射线衍射(XRD)分析表明,TiO2主要为锐钛矿,晶粒尺寸约为46 nm.以TiO2/Ti电极作阳极,Cu电极作阴极,组装成转盘液膜反应器,考察了其光电催化处理染料罗丹明B(RhB)的影响因素(转盘转速、偏压、溶液初始pH、RhB初始浓度和电解质浓度).得到最佳处理条件为:转盘转速90 r/min,偏压0.4V,溶液初始pH2.5,电解质(硫酸钠)质量浓度0.5 g/L.在最佳处理条件下,处理20 mg/L RhB染料废水90 min的脱色率和总有机碳(TOC)去除率分别达到97.2％和72.7％.结果表明,由于同时强化了激发光源的利用率和溶液的传质效率,TiO2/Ti转盘液膜反应器可高效光电催化处理染料废水.