新型三维电极的制备及其电催化氧化RhB性能研究

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随着现代化工业的发展,各类污水排放量日益增多,废水成分越来越复杂。尤其是纺织工业所排放的印染废水,其具有水量大、色度大,成分复杂、pH波动大、有机物浓度高、高COD负荷和毒性强等特点,对人类和环境有一定危害。因此,基于研究和探寻最节约成本的前提,研究有效治理印染废水的方法和工艺,对于保护环境和人类健康有重要意义。  最传统的印染废水处理方法有化学絮凝法和生物降解法,但都存在一定缺陷,难以高效快速降解罗丹明B和甲基橙这类物质。而高级氧化工艺AOPs,尤其电催化氧化技术ECD,越来越受到人们的重视,成为印染废水处理技术的新热点。比起其他的水处理方法,电催化氧化技术具有无二次污染、效率高、易实现自动化、多功能、占地面积小等优良特点。目前,电催化氧化技术已经从传统的二维电催化发展到三维电催化。  电催化降解印染废水的效果主要由电极材料决定。本文通过引进MOFs材料——ZIF-8,制备新型三维电极,对其进行性能表征,最终用于三维电化学体系,以罗丹明B为模拟印染废水,进行电催化氧化降解,从而研究其电催化性能。具体三维电极的制备又根据载体的不同分为平板电极和颗粒电极的制备。结果分别如下:  采用“提拉法——二次生长法”的制备方法,成功将ZIF-8负载到ACF和γ-Al2O3表面,形成新型的负载型三维电极ACF@ZIF-8和γ-Al2O3@ZIF-8。通过SEM、 EDS、XRD和FIR等表征手段,证明了ZIF-8成功负载到载体表面。电催化应用中,在最优降解条件下,显示出三维电极高效的电催化性能。在外加电压20V,罗丹明B初始浓度为20mg/L,初始pH为2.0,电解质Na2SO4浓度8g/L,与传统的γ-Al2O3@oxide作对照,在降解时间为15min时,γ-Al2O3@ZIF-8组的降解效率已经达到90%,而传统的γ-Al2O3@oxide在降解90min后才达到90%。  研究发现,采用新型三维电极进行电催化氧化降解罗丹明B印染废水取得了较好的处理效果,降解效率显著提高,电极重复利用性良好,但仍有进一步提高空间。后续研究中,可以通过对颗粒电极的制备过程进一步探究优化,比如ZIF-8浸渍过程和二次生长过程的高效生长,还可以对负载好的颗粒电极进行适当高温处理,从而加强ZIF-8在载体表面的固定性。另外,可以通过对降解处理后的颗粒电极进行一定处理,比如洗涤,去除颗粒表面的吸附物,从而提高其重复利用性。因此建议在实际处理高浓度印染废水过程中大力发展。
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