过滤式硼钴共掺杂多孔TiO2纳米管阳极耦合阴极活化过硫酸盐去除有机磷农药机制与效能
批准号:
22102219
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
蔡静菊
依托单位:
学科分类:
电化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
蔡静菊
中文摘要
针对现有电化学氧化技术处理有机磷农药废水电流效率低、能耗高的问题。围绕高效低耗处理目标,本项目拟从创新阳极材料和工艺耦合两方面深入研究,利用多孔TiO2纳米管比表面积大、传质强和活性位点多的特性,采用硼钴共掺杂改善TiO2纳米管的催化性能和稳定性,构建过滤式高效多孔阳极耦合阴极活化过硫酸盐体系。重点研究(1)硼钴元素改善多孔TiO2纳米管电极催化性能和稳定性的机制,发展析氧电位高、催化活性好和稳定性好的多孔阳极; (2)揭示过滤式多孔阳极耦合阴极活化过硫酸盐强化去除有机磷农药的过程和机理;(3)探究过滤式耦合体系处理有机磷农药的关键操作参数和耦合体系对实际含有机磷废水降解的效能、适应性和电极的稳定性。这对于拓展多孔TiO2纳米管电极的制备及环境应用,促进过滤式多孔阳极电化学耦合技术的应用,发展有机磷农药高效低耗处理新技术,具有重要的学术意义和应用前景。
英文摘要
Aiming at the problems of low current efficiency and high energy consumption in the treatment of organic phosphorus pesticide wastewater by the existing electrochemical oxidation technology. Focusing on the goal of high-efficiency and low-consumption treatment, this project intends to conduct in-depth research on innovative anode materials and process coupling, using the characteristics of porous TiO2 nanotubes with large specific surface area, strong mass transfer and many active sites, and using boron and cobalt co-doping to improve the catalytic performance and stability of TiO2 nanotubes, which was used to construct a filter-type high-efficiency porous anode-coupled cathode-activated persulfate system. The focus is on (1) the mechanism of boron and cobalt elements improving the catalytic performance and stability of porous TiO2 nanotube electrodes, and the development a porous anodes with high oxygen evolution potential, good catalytic activity and stability; (2) revealing the strengthens mechanism and process of organophosphorus pesticide removal at filter-type porous anode coupled cathode activated persulfate; (3) Exploring the key operating parameters of the filter coupling system to treat organophosphorus pesticides and the coupling system's effectiveness, adaptability and electrode stability for the degradation of wastewater containing organic phosphorus. This has important academic significance and application prospects for expanding the preparation and environmental application of porous TiO2 nanotube electrodes, promoting the application of filter-type porous anode electrochemical coupling technology, and developing new technologies for high-efficiency and low-consumption treatment of organophosphorus pesticides.
电活化过硫酸盐(PS)技术被广泛应用在水处理领域中。但是在PS的活化过程中存在电流效率低、能耗高的问题。此外,PS的活化发生在阴极而阳极对PS的影响往往会被忽视,因此,本项目从电极材料和工艺耦合两方面进行研究,制备了系列性能稳定,催化效果好的改性碳毡阴极,并组成过滤式模式以提高电化学过程中的电流效率,并阐明了过程中的机理,且把电化学技术应用在河湖底泥处理中拓宽了电化学技术的应用场景。主要的研究内容和结论如下:.(1)构建了冲孔B, Co共掺杂TiO2 纳米管阳极耦合碳毡阴极的过滤式体系,并耦合PS活化技术探究了CBZ去除的机理。过滤式模式下CBZ降解的速率常数是烧杯和无PS过滤式系统的1.4倍和5.5倍。研究考察了不同的操作参数,包括施加电流、初始pH、PS浓度和流速,证明了高电流、酸性条件、高PS浓度和流量有利于CBZ的去除。在过滤式模式下电化学活化过硫酸盐降解CBZ过程中主要参与的氧化性物质是•OH、SO4•-和1O2,并提出了CBZ可能的降解途径。.(2)制备了稳定性好的硼钴改性碳毡电极用来电活化过硫酸盐(EA-PS)对有机污染物进行降解。结果表明,B与Co的最佳掺杂质量比例为1:2。增加电流密度、PS浓度和流速,降低初始pH,加速了酸性橙7(AO7)的去除。此过程中AO7降解的作用主要是DET,•OH和SO4•-。B,Co-CF阴极的过滤式系统五次循环后仍可有效的降解AO7。这项工作为协同增强PS活化和促进有机污染物的降解提供了一种可行的策略。.(3)以硼铁共改性碳毡(B, Fe-CF)为阴极组建了非均相电芬顿体系处理疏浚底泥。B, Fe-CF(1:1)是处理磷营养盐和有机质效率最高的改性阴极,有机质(OM)矿化率为31.48%,有机磷(OP)和非磷灰石无机磷(Fe-P)的转化率分别为24.11%和75.87%。改性后的阴极表面缺陷增加,为催化反应提供更多潜在的活性位点。XRD和XPS检测到明显的B2O3和Fe2O3衍射峰,证明B和Fe在阴极上成功负载,且元素百分比为0.99%和4.40%。在处理过程中发现磷朝着有利于生物可利用态转化,更有助于底泥的资源化,本研究拓宽了电化学高级氧化的应用领域。
改性 TiO2 纳米管 REM 耦合阴极协同光降解有机磷农药废水的机制研究
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批准号:2022JJ40856
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2022
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负责人:蔡静菊
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依托单位:
国内基金
海外基金