陰極異相電芬頓法降解染料廢水

1、西安建筑科技大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目Fe2O3/ACF陰極異相電Fenton法降解染料廢水學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào)院（系）專 業(yè)應(yīng)用化學(xué)指導(dǎo)教師時(shí) 間年 月 日摘要芬頓技術(shù)是一種處理范圍廣、處理效率高的水處理技術(shù)。然而，傳統(tǒng)芬頓處理技術(shù)的有效pH值范圍在3.0附近，并需要加入鐵鹽和過氧化氫等試劑，增加后續(xù)處理成本。針對(duì)芬頓技術(shù)的缺點(diǎn)，本文將Fe2O3負(fù)載于活性炭纖維（Activated carbon fiber, ACF）表面，以該復(fù)合陰極用于電芬頓體系中，在線還原溶解氧產(chǎn)生過氧化氫，并與負(fù)載的金屬離子發(fā)生電芬頓反應(yīng)，用于孔雀石綠的降解。本文探討了循環(huán)伏安法制備復(fù)合陰極的條件（FeSO4濃度、

2、循環(huán)次數(shù)、負(fù)載液pH、熱處理度）對(duì)Fe2O3/ACF復(fù)合陰極材料性能的影響，以及電芬頓反應(yīng)條件（溶液初始pH、電解電位、支持電解質(zhì)Na2SO4濃度、溶液溫度）對(duì)孔雀石綠去除率的影響。采用紫外可見分光光度儀對(duì)孔雀石綠去除率和過氧化氫含量進(jìn)行了測(cè)定。使用熒光分光光度計(jì)對(duì)香豆素捕捉羥基自由基過程中產(chǎn)生的7-羥基香豆素含量進(jìn)行了檢測(cè)，采用TOC儀對(duì)溶液TOC進(jìn)行了測(cè)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，制備Fe2O3/ACF的最佳條件為：FeSO4濃度0.33 mol·L-1，循環(huán)伏安法循環(huán)次數(shù)8次，pH7.0，熱處理溫度300oC。用于電芬頓反應(yīng)降解孔雀石綠的最佳反應(yīng)條件為：溶液初始pH3.0，電解電位1.0

3、 V，Na2SO4濃度0.05 mol·L-1，溶液溫度30oC。最佳條件下，孔雀石綠去除率達(dá)100%，TOC去除率達(dá)88.55%。通過OH的測(cè)定表明將Fe2O3負(fù)載于ACF表面，使體系產(chǎn)生了羥基自由基。對(duì)反應(yīng)機(jī)理的探討表明O2、OH均參與了氧化去除孔雀石綠，O2的作用不可忽視；而ACF陰極體系中沒有OH，由O2氧化去除孔雀石綠。關(guān)鍵詞：電芬頓，活性炭纖維，孔雀石綠，羥基自由基AbstractFenton reagent is widely used in water treatment that has high efficiency. However, the effective

4、 pH range of the traditional Fenton processing techniques is around 3.0, and it needs to add iron salt and hydrogen peroxide and other reagents, increasing the processing cost. In order to overcome the defect of traditional Fenton technology, in this thesis, Fe2O3 was loaded at the surface of activa

5、ted carbon fiber （ACF）to prepare the composite cathode and used in Electro-Fenton system to produce hydrogen peroxide by electro-reducing dissolved oxygen. The metal ions at ACF surface can make Electro-Fenton reaction with the electro-produced hydrogen peroxide to degrade malachite green (MG). This

6、 thesis investigated the conditions (the concentration of FeSO4, the sweep segments, the pH of loading solution and the heat treatment temperature) for preparing the composite cathode by cyclic voltammetry and the conditions of Electro-Fenton reaction including the pH of simulated wastewater, the el

7、ectrolysis potential, the concentration of Na2SO4 and the temperature of wastewater which influenced the removal percentage of MG. UV-Vis spectrometric was used to determine the color removal rate of MG and production rate of hydrogen peroxide. The fluorescence spectrophotometer was used to detect t

8、he content of 7-hydroxy coumarin produced during coumarin capturing hydroxyl radicals, the TOC analyzer was used to determine TOC value of wastewater.The experimental results showed that when the concentration of FeSO4 was 0.33 mol·L-1, the sweep segments was 8 times, the pH of loading solution

9、 was 7.0, the heat treatment temperature was 300oC, the Fe2O3/ACF cathode for the removal of MG was best. The optimum conditions of degrading MG was that the pH of solution was 3.0, the electrolysis potential was -1.0 V, the concentration of Na2SO4 was 0.05 mol·L-1 and the temperature was 30oC.

10、 The removal percentage of MG was 100% and the TOC removal percentage was 88.55% under the optimum conditions. The measure of OH showed that Fe2O3/ACF surface generated OH. Discussion on the reaction mechanism suggested that OH and O2 were involved in removing MG. The effect of O2 can not be ignored

11、, and the O2 can oxidize MG in the ACF cathode system without OH.Key Words: Electro-Fenton(EF); activated carbon fiber(ACF); malachite green(MG); hydroxyl radical目 錄1 緒論（1）1.1 研究背景（1）1.1.1 水體的污染及概況（1）1.1.2 水體有機(jī)污染特點(diǎn)及其危害（1）1.2 水體中有機(jī)污染物處理技術(shù)及發(fā)展（2）1.2.1 物理處理法（2）1.2.2 生物處理法（5）1.2.3 物化-生物聯(lián)合法（6）1.2.4 化學(xué)處理法（

12、6）1.3 芬頓法（9）1.3.1 芬頓技術(shù)的發(fā)展歷史（9）1.3.2 芬頓法基本原理（9）1.3.3 芬頓體系水處理應(yīng)用中存在的問題（9）1.4 電芬頓法（10）1.4.1 基本作用原理（10）1.5 研究意義與內(nèi)容（12）1.5.1 研究意義（12）1.5.2 研究內(nèi)容（13）2 實(shí)驗(yàn)部分（14）2.1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑（14）2.2 實(shí)驗(yàn)裝置（15）2.3 實(shí)驗(yàn)方法（15）2.3.1 電化學(xué)循環(huán)伏安法制備Fe2O3/ACF復(fù)合陰極（15）2.3.2 Fe2O3/ACF陰極電芬頓法降解孔雀石綠廢水（16）2.4 溶液的配制（16）2.4.1 制備Fe2O3/ACF復(fù)合陰極所用溶液的配制（16

13、）2.4.2 電芬頓降解孔雀石綠反應(yīng)所用溶液的配制（16）2.4.3 H2O2測(cè)定所用溶液的配制（17）2.4.4 捕捉羥基自由基（·OH）所用溶液的配制（17）2.5 分析方法（17）2.5.1 Fe2O3/ACF的X-光電子能譜分析表征（17）2.5.2 溶液中孔雀石綠去除率的測(cè)定計(jì)算（17）2.5.3 溶液中總有機(jī)碳（TOC）的測(cè)定（17）2.5.4 溶液中H2O2濃度的測(cè)定（18）2.5.5 羥基自由基的測(cè)定（19）2.5.6 羥基自由基和超氧自由基的清除（19）3 結(jié)果與討論（20）3.1 Fe2O3/ACF復(fù)合陰極制備條件的優(yōu)化（20）3.2 Fe2O3/ACF復(fù)合材料的

14、X-光電子能譜分析（21）3.3 電解條件對(duì)去除孔雀石綠的影響（22）3.3.1 溶液初始pH對(duì)孔雀石綠去除率的影響（22）3.3.2 電解電位對(duì)孔雀石綠去除率的影響（23）3.3.3 電解質(zhì)硫酸鈉濃度對(duì)孔雀石綠去除率的影響（23）3.3.4 溶液溫度對(duì)孔雀石綠去除率的影響（25）3.4 最優(yōu)條件下孔雀石綠的去除效果（26）3.5 Fe2O3/ACF復(fù)合陰極電芬頓反應(yīng)機(jī)理的探討（28）3.5.1 孔雀石綠去除動(dòng)力學(xué)（28）3.5.2 過氧化氫的測(cè)定（28）3.5.3 羥基自由基的檢測(cè)（29）3.5.4 羥基自由基和超氧自由基對(duì)孔雀石綠去除率的影響（29）4 結(jié)論（33）參考文獻(xiàn)（34）致謝（3

15、8）第 VI 頁1 緒論1.1 研究背景1.1.1 水體的污染及概況水是人類生活和生產(chǎn)活動(dòng)中必不可少的重要自然資源之一。目前，全世界水資源緊缺，有超過80個(gè)國家、占世界總?cè)丝?40%的人面臨嚴(yán)重缺水的困境。水環(huán)境質(zhì)量的惡化以及水資源的短缺，已經(jīng)引起了世界各國的廣泛關(guān)注。而我國的水資源狀況也極不樂觀，已被列入全球十二個(gè)嚴(yán)重缺水國家之一，人均水資源占有量僅有900 m3，這一數(shù)值己經(jīng)低于國際水資源緊缺限度1。水資源稀缺、人均水資源占有量少、利用率低、污染嚴(yán)重已成為我國水源保護(hù)亟需面對(duì)和解決的主要問題。有人就預(yù)言說，在能源危機(jī)之后，人類將面臨的最大危機(jī)就是水資源危機(jī)，而且這種危機(jī)將比能源危機(jī)更難解決

16、。自二十世紀(jì)以來，隨著世界經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展、人口的急劇增長以及現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展導(dǎo)致大量的生活污水和工業(yè)廢水排放入水體，特別是難降解、有毒、有害的有機(jī)污染物進(jìn)入水環(huán)境，造成了嚴(yán)重的水體污染和生態(tài)破壞。因此，研究水體中難降解類有機(jī)污染物的處理，不僅對(duì)水環(huán)境安全有重要意義，對(duì)人類的身體健康更具有深遠(yuǎn)的影響。1.1.2 水體有機(jī)污染特點(diǎn)及其危害水體中有機(jī)污染的主要特征表現(xiàn)為：種類繁多，毒性大，已證實(shí)水體中許多有機(jī)物都是“三致”（致癌、致畸、致突變）物質(zhì)，大多數(shù)有機(jī)污染物難降解，具有生物放大作用，通過食物鏈對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞。水體中有機(jī)污染物大致可以分為兩類，一類是天然有機(jī)物，主要是腐植酸。另一類是人工合成

17、的有機(jī)化合物，主要來源于生活污水和工業(yè)廢水的排放，其中印染廢水中有機(jī)物具有生物難降解性。據(jù)報(bào)道，已在各種水體中測(cè)定出2000余種有機(jī)化合物，飲用水中含765種，其中190種對(duì)人體有害，20種為已確認(rèn)的致癌物，23種為可疑致癌物，18種為促癌物，56種為致突變物2。從污染物種類來看，包括各種烴類、鹵代物、醇、酚、醚、醛和酮等，其中最常出現(xiàn)的是氯代脂肪烴和單環(huán)芳香烴，尤以三氯乙烯、四氯乙烯、三氯甲烷（氯仿）以及苯、甲苯等檢出率最高。歐美一些發(fā)達(dá)國家對(duì)飲用水中有機(jī)物的種類和含量作了極為嚴(yán)格的限制，歐洲經(jīng)濟(jì)共同體供水聯(lián)合會(huì)要求明確限定農(nóng)藥，多環(huán)芳烴，酚類化合物等的種類和濃度。世界衛(wèi)生組織（WHO）在對(duì)

18、飲用水水質(zhì)提出的標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)20種有機(jī)物提出了限制濃度。為了能有效及時(shí)地控制污染和制訂指導(dǎo)方針，目前各國在眾多污染物中篩選出對(duì)人體健康危害最大的“優(yōu)先污染物”作為分析監(jiān)測(cè)和研究的對(duì)象。其中印染工業(yè)為最大的污染源和水資源消耗者之一3。隨著染料的大量生產(chǎn)和應(yīng)用， 染料廢水成為人們?cè)絹碓疥P(guān)注的污染物，給環(huán)境造成嚴(yán)重的污染4-5。我國染料產(chǎn)量達(dá)到75.6萬噸，占世界染料總產(chǎn)量的60，居世界首位，染料行業(yè)也屬高能耗、高污染產(chǎn)業(yè)。據(jù)測(cè)算，我國每生產(chǎn)1噸染料，大約排放廢水744立方米。在生產(chǎn)和使用過程中約有1020的染料排放到水體中。按2010年我國染料生產(chǎn)總量計(jì)算，將有7.6515.12萬噸染料隨廢水直接進(jìn)入

19、水體環(huán)境。染料生產(chǎn)的基本原料為苯系、萘系、蒽醌、苯胺及聯(lián)苯胺類化合物，且在生產(chǎn)工藝過程中多與金屬、鹽類等物質(zhì)螯合，隨著染料合成、印染等工業(yè)廢水的不斷排放和各種染料的不斷使用，進(jìn)入環(huán)境的染料數(shù)量和種類不斷增加4，造成了染料廢水多為含鹽、含氯化物或溴化物、微酸或微堿、含金屬離子、含硫的高化學(xué)需氧量（COD），高色度，“三致”毒性的難降解有機(jī)廢水，使得環(huán)境污染日趨嚴(yán)重。據(jù)報(bào)道，全世界每年以廢物形式排入環(huán)境的染料約6萬噸5，特別是含有機(jī)染料污水具有水量大、分布面廣、水質(zhì)變化大、有機(jī)毒物含量高、成分復(fù)雜以及難降解等特點(diǎn)，對(duì)生生態(tài)系統(tǒng)及其邊界環(huán)境產(chǎn)生了巨大的沖擊，其毒害事件日益暴露。染料廢水大多屬于持久性

20、難降解有機(jī)物，會(huì)對(duì)受納水體產(chǎn)生較大有機(jī)性污染，帶有使人不愉快的各種顏色，對(duì)水體的生態(tài)系統(tǒng)帶來較大的破壞，具有種類多、有機(jī)污染物含量高、水質(zhì)成分復(fù)雜、色度深、毒性大的特點(diǎn)，染料廢水大量進(jìn)入水體環(huán)境，已成為威脅我國水環(huán)境安全的重要因素之一。1.2 水體中有機(jī)污染物處理技術(shù)及發(fā)展目前水體中有機(jī)污染物的處理有物理、化學(xué)和生物方法。物理方法有輻射法、吸附法、磁分離法、沉淀法、萃取法、膜分離法和濃縮法?；瘜W(xué)方法有氧化法、電化學(xué)法、生化法。此外，還有物化生物聯(lián)合法。1.2.1 物理處理法1.輻射法近年來，輻射法處理染料廢水得到了較大發(fā)展，如電離輻射、紫外輻射等。Solpen等6采用射線輻射法對(duì)活性染料進(jìn)行脫

21、色和降解研究，結(jié)果表明對(duì)活性藍(lán)5和活性黑5的脫色和降解效果都很好，且隨輻射劑量的增加而增加；當(dāng)其濃度較低時(shí)（50 mg·L-1），兩種染料污水的脫色程度（光密度減少%）達(dá)到100%，COD也下降了76%80%。Momani等7采用遠(yuǎn)紫外光解法進(jìn)行了3個(gè)家族染料廢水處理的研究經(jīng)過7 min的輻射，脫色率均達(dá)到90%以上。然而，這一過程中盡管COD也隨之下降，但BOD卻有所增加，因此這種技術(shù)只能作為廢水生物處理的一個(gè)預(yù)處理手段。2.吸附法吸附法能有效去除廢水中的劇毒和難降解污染物。經(jīng)處理后出水水質(zhì)好且比較穩(wěn)定，因而吸附法在廢水處理中有著不可取代的作用。常用的吸附劑有活性炭、粉煤灰、改性纖

22、維素、粘土礦物、硅膠和樹脂等。吸附效果比較好的主要是活性炭和樹脂?；钚蕴繉?duì)陽離子染料、酸性染料、活性染料等水溶性染料具有較好的吸附功能，COD去除率高，對(duì)堿性染料的脫色作用也很好。張小璇等8研究了活性炭對(duì)染料廢水色度和COD的去除率，結(jié)果表明：活性炭處理酸性品紅、堿性品紅、活性黑B-133等染料廢水的脫色率均在97%以上。COD去除率分別為63.28%、95.66%、84.62%。但活性炭再生困難、物理化學(xué)穩(wěn)定性差、所以處理費(fèi)用較高。樹脂是一種新型的吸附劑，處理高濃度、難降解的染料廢水已有很多成功先例9-11。樹脂適用范圍寬、吸附效率高、再生容易、性能穩(wěn)定、操作簡便。樹脂雖然易再生，但其本身的

23、價(jià)格相對(duì)昂貴，所以其實(shí)際應(yīng)用并不廣泛。吸附法雖然具有很多其他處理方法不可替代的優(yōu)點(diǎn)，但是對(duì)于高濃度廢水，吸附容量有限，去除效果不是很理想。如對(duì)膨潤土進(jìn)行改性后得到的陽離子有機(jī)膨潤土，用其處理高濃度印染廢水，可使CODMn為l227 mg·L-1的印染廢水COD去除率達(dá)到56%，色度去除率達(dá)到95%以上12。另外，彭書傳等13用改性的凹凸棒石對(duì)水溶液中陽離子桃紅FG、亞甲基藍(lán)和直接耐酸大紅4BS進(jìn)行處理也取得較好的效果。國外也有很多關(guān)于廉價(jià)吸附劑處理印染廢水的研究，將平時(shí)常見的廢棄物通過加堿浸泡或加熱等處理，可大大提高它們的吸附能力，因?yàn)榻?jīng)熱處理和化學(xué)處理后往往能大大增加吸附劑的比表面

24、積和孔容積。如用雞毛吸附艷藍(lán)FCF、有毒物孔雀綠14；用桔皮吸附直接紅染料；用豆渣等農(nóng)業(yè)廢棄物吸附靛青染料15等，都取得了令人滿意的結(jié)果。另外近年來也有一些關(guān)于引入光輻射、超聲波輔助加強(qiáng)吸附作用的研究。3.磁分離法現(xiàn)代磁化技術(shù)為染料廢水的處理做出了重要貢獻(xiàn)。磁分離法不僅能直接處理給水和工業(yè)廢水的各種細(xì)微的弱磁性、順磁性物質(zhì)，而且還能分離出不具磁性的細(xì)菌、病毒、藻類、懸浮物、有機(jī)和無機(jī)化合物、油脂類和重金屬等，其應(yīng)用范圍非常廣泛。目前可供工業(yè)使用的磁化技術(shù)有磁性團(tuán)聚法、鐵鹽共沉法、鐵粉法和鐵氧體法。Oliveira16采用活性炭的吸附特性與鐵氧化物的磁性相結(jié)合，獲得一種新的磁性吸附劑用于處理有機(jī)

25、污染廢水，包括對(duì)有機(jī)染料廢水的處理。羅凡17研究了在紫外滅菌燈照射下，添加還原鐵粉的活性X-3B紅染料水溶液的脫色作用，并對(duì)具有光化學(xué)活性的鐵有機(jī)配體化合物進(jìn)行了研究，初步探討了脫色反應(yīng)的機(jī)理，認(rèn)為染料脫色主要基于具有磁性鐵粉的吸附作用。4.混凝沉淀法混凝技術(shù)在印染廢水處理中已有廣泛應(yīng)用?；炷夹g(shù)的關(guān)鍵是對(duì)混凝劑和助凝劑的選擇、復(fù)合混凝劑的開發(fā)以及各種混凝劑配比等的研究。近來盧秋曉18研制出一種鋅系復(fù)合絮凝劑，在酸度811時(shí)處理印染廢水，對(duì)所研究的染料脫色率均達(dá)96%以上，并對(duì)活性染料、分散類染料及弱酸性染料的COD去除率也較好?；粲钅?9就陽離子型聚丙烯酰胺（PAM）聚合氯化鋁（PAC）復(fù)合

26、絮凝劑對(duì)活性染料廢水的脫色性能進(jìn)行了研究，脫色率可達(dá)到90%以上。另外，像殼聚糖作為一種天然、無毒的高分子絮凝劑，在水處理中的應(yīng)用也越來越廣泛20，微生物絮凝劑因無毒、用量少、不產(chǎn)生二次污染而備受人們關(guān)注21?；炷梢匀コ龔U水中的微小懸浮顆粒、膠體顆粒、懸浮染料、分散染料、還原染料、硫化染料以及水溶性染料中分子量較大的部分直接染料等。但對(duì)于水溶性染料中分子量小的不容易形成膠體的部分酸性染料、活性染料、金屬絡(luò)合染料及陽離子染料則不能用此方法處理。5.萃取法萃取法主要是萃取劑和污染物分子絡(luò)合，或是水中的污染物在載體的作用下透過很薄的膜層進(jìn)入萃取內(nèi)相而凈化廢水，它在處理染料廢水方面有很好的效果。羅

27、學(xué)輝等22選擇了以三辛胺(TOA)/正辛醇/煤油為萃取劑對(duì)苯胺2，5-雙磺酸廢水處理的實(shí)驗(yàn)研究，處理效果顯著。李曉燕等23采用7301正辛醇-H2SO4-NaOH化學(xué)萃取-反萃取體系對(duì)CLT酸廢水進(jìn)行了絡(luò)合萃取處理試驗(yàn)，廢水的COD去除率達(dá)93.5%。反萃取效率100%，廢水中的回收物濃縮810倍，且萃取劑可再生回用。另外也有用溶劑萃取法對(duì)1-氮基-2-奈酚-4-磺酸基酸性染料中間體進(jìn)行處理，結(jié)果表明一級(jí)萃取效率達(dá)到82%，脫色率達(dá)到95%，經(jīng)過二級(jí)萃取效率可達(dá)93%24。萃取法和樹脂法相似，實(shí)現(xiàn)了廢水治理和資源化的統(tǒng)一，不僅可使COD值大幅度降低，而且可從廢水中回收寶貴的原料或中間體。但是萃

28、取過程中可能存在著有機(jī)溶劑的溶解和夾帶而流失到水相，造成運(yùn)行成本增加和二次污染。對(duì)于萃取法來說，開發(fā)對(duì)污染物有很好的選擇性并無毒性的萃取劑是該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵所在。6.膜分離法應(yīng)用于染料廢水處理的膜技術(shù)有超濾、納濾和反滲透。潘碌亭等25以LMA-l為表面活性劑，正三辛胺為流動(dòng)載體，碳酸鈉溶液為內(nèi)相，煤油為膜溶劑所組成的液膜體系處理檸檬酸廢水，COD去除率可達(dá)99%。近年來用DS5-DK型納濾膜處理染槽廢水（廢水中含活性橙16、活性黑5、活性藍(lán)19等）。結(jié)果表明，染料的截留率在99%以上，透過液無色。后來發(fā)現(xiàn)若在預(yù)先微濾后，再采用納濾，對(duì)地毯生產(chǎn)中的酸性染料廢水有很好的去除效果。膜分離法操作簡便、設(shè)

29、備簡單，已在印染廢水處理方面被證實(shí)是切實(shí)可行的，但是近來關(guān)于膜分離法處理染料廢水的實(shí)例不多。主要是目前各種膜的性能尚不穩(wěn)定，而且膜孔易堵塞，還有膜系統(tǒng)的成本和使用壽命也是個(gè)問題。如何選取合適的分離膜、提高膜的性能、控制膜污染并降低成本是此法廣泛推行的關(guān)鍵所在。7.濃縮法濃縮法操作簡單，能實(shí)現(xiàn)有用物質(zhì)的部分回收，適合于處理高濃度含鹽有機(jī)廢水。該法的缺點(diǎn)是能耗很高，在染料廢水的處理中使用得較少。如有廢熱可用或可降低能耗，則該法是可行的。平胡金平化工有限公司生產(chǎn)硫化染料過程中產(chǎn)生高濃度染料廢水，其中含有13%的大蘇打，以前曾用蒸汽加熱一步濃縮方法治理廢水，回收大蘇打，但回收效果不理想。經(jīng)過多次試驗(yàn)，

30、用二步濃縮直接加熱的方法回收大蘇打，取得了令人滿意的效果26。1.2.2 生物處理法生物處理法分為好氧法和厭氧法。好氧法處理效率高、速度快、比較經(jīng)濟(jì)，是廢水處理的主要方法；厭氧法因代謝速度慢、停留時(shí)間長、容器體積大、影響因素多、造價(jià)高等不利因素，一般用于有機(jī)污泥或濃度特高的廢水處理。實(shí)踐表明，傳統(tǒng)的生物學(xué)廢水處理廠并不能對(duì)紡織、印染廢水中的有機(jī)染料起到有效的降解作用。近年來在研究開發(fā)新的染料降解微生物菌群中已取得了一些成效。天然聚合材料因具備無毒易降解的特點(diǎn)而被廣泛研究。Inbaraj27在一種桿狀細(xì)菌體中取出生物高聚合體-PGA對(duì)水溶性的堿性染料BB9，BG4等都具有很好的吸附效果。林曉華2

31、8從染布廠廢水污泥中分離得到的一株青霉菌X5，處理含有蒽醌染料KN-R的工業(yè)廢水。在最優(yōu)條件下，該菌對(duì)活性艷藍(lán)KN-R的脫色率可達(dá)到95%以上。董新嬌29也得出了同樣結(jié)論，發(fā)現(xiàn)固定化青霉菌X5菌體重復(fù)利用5次后，脫色率仍達(dá)73.51%。當(dāng)天然菌株對(duì)某種廢水處理能力有限時(shí)，也可對(duì)其改良，開發(fā)生物反應(yīng)器、基因工程菌等。如安世杰30用白腐真菌膜生物反應(yīng)器降解復(fù)配染料廢水獲得了良好的復(fù)配染料脫色效果。南開大學(xué)科研人員在用生物技術(shù)處理染料廢水的研究中，分離出了具有生物絮凝作用和生物降解作用的2類菌株，運(yùn)用生物工程技術(shù)把降解菌的基因片段通過轉(zhuǎn)基因工程轉(zhuǎn)入絮凝菌株，培養(yǎng)出具有絮凝和降解雙功能基因的高效基因工

32、程菌并應(yīng)用于染料廢水的處理，效果良好。但多數(shù)有機(jī)物污染物在好氧條件下是難降解的。有研究對(duì)87種染料的好氧生物降解性能測(cè)定，只有11種是可以生物降解的，占13%?，F(xiàn)階段生物法仍存在諸多問題：如生物法占地面積大、管理復(fù)雜，對(duì)某些染料廢水微生物雖經(jīng)馴化后，仍對(duì)COD和色度的去除率底，出水很難達(dá)標(biāo)；大多微生物體內(nèi)缺乏有效的生物降解酶，不同代謝途徑可能生成毒性更強(qiáng)的產(chǎn)物；微生物對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)、pH、溫度等條件有一定的要求，且水質(zhì)波動(dòng)大、污染物種類多、毒性高等特點(diǎn)，微生物很難適應(yīng)；處理過程耗時(shí)長以及生物的環(huán)境選擇性高等。1.2.3 物化-生物聯(lián)合法采用單一的物化法或單一的生物處理法處理有機(jī)染料廢水，雖然有其各

33、自的優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)也很明顯，研究人員開始嘗試將物化法和生物法聯(lián)合起來，至今已經(jīng)取得了良好的效果。Khattri31采用生物吸附劑處理結(jié)晶紫羅蘭、亞甲基藍(lán)、孔雀石綠、羅丹明B等染料廢水，其原理就是化學(xué)與生物學(xué)方法的結(jié)合。Walker32采用細(xì)菌（一種假單胞菌PseudomonasputidaNCIMB9776）固定在粒狀活性炭（Filtrasorb400）上處理含酸性染料的地毯印染廠廢水，其效果大大好于活性炭。許玉東33針對(duì)毛巾印染廢水的水質(zhì)特點(diǎn)（水量小、污染物含量高、濃度波動(dòng)幅度大、偏堿性、色度高和難生化），采用厭氧折流板反應(yīng)池-生物接氧化池-混凝沉淀-砂濾池處理工藝進(jìn)行處理后，排放水質(zhì)可達(dá)行業(yè)

34、排放一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。盧平34在傳統(tǒng)處理工藝的基礎(chǔ)上，采用水解酸化-接觸氧化法處理印染廢水，試驗(yàn)表明該工藝流程簡單，處理效果好，出水水質(zhì)穩(wěn)定。1.2.4 化學(xué)處理法化學(xué)處理是利用化學(xué)試劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)降解水中污染物從而使有機(jī)物去除的一種方法。化學(xué)處理被廣泛應(yīng)用于廢水處理中。在現(xiàn)代水處理中常用的化學(xué)處理方法有臭氧氧化法、濕式空氣氧化法、電化學(xué)法、光催化氧化法、Fenton反應(yīng)及類Fenton反應(yīng)。1.臭氧氧化臭氧作為一種強(qiáng)氧化劑應(yīng)用于水處理中始于1785年。目前，美國、俄羅斯和日本等一些國家已經(jīng)在某些廢水處理中采用臭氧工藝。臭氧不僅具有很強(qiáng)的氧化性，而且臭氧在水中會(huì)自行分解，不產(chǎn)生二次污染，因此被稱作是綠

35、色氧化藥劑。在廢水處理中得到廣泛使用。臭氧氧化降解染料廢水主要是利用臭氧氧化分解產(chǎn)生的羥基自由基（OH）攻擊染料發(fā)色團(tuán)結(jié)構(gòu)，使發(fā)色團(tuán)結(jié)構(gòu)中的不飽和鍵斷裂從而達(dá)到脫色和降解的效果。但是，臭氧溶于水后，產(chǎn)生羥基自由基（OH）速率低，因此，如何高效、低能耗的使臭氧轉(zhuǎn)化為羥基自由基（OH）是該技術(shù)的研究方向。2.濕式空氣氧化濕式空氣氧化是利用空氣或者氧氣作為氧化劑，在高溫高壓條件下氧化降解有機(jī)物。從降低投資和運(yùn)行成本角度考慮，有必要降低該系統(tǒng)運(yùn)行所需的溫度和壓力，因此在此基礎(chǔ)上提出濕式催化氧化工藝，主要采用銅、稀土等金屬鹽作為催化劑。超臨界水氧化技術(shù)是濕式氧化技術(shù)的強(qiáng)化和改進(jìn)，主要利用水在超臨界狀態(tài)下

36、相態(tài)發(fā)生變化，介電常數(shù)減少至近似有機(jī)物與氣體，從而使氣體和有機(jī)物完全溶于水中，氣液界面消失形成均相氧化體系，從而快速、徹底的降解污染物，但是該工藝對(duì)設(shè)備要求高，能耗較大，一般適合高濃度有機(jī)廢水的預(yù)處理過程3.光化學(xué)氧化光化學(xué)法，是近20多年來發(fā)展迅速的一種高級(jí)氧化技術(shù)，具有設(shè)備簡單、操作條件易控、氧化能力強(qiáng)、反應(yīng)溫和、無二次污染等特點(diǎn)，利用該法處理難降解考性有機(jī)污染已成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。自然環(huán)境中的。部分近紫外光極易被有機(jī)污染物吸收，在有活性物質(zhì)存在時(shí)即發(fā)生強(qiáng)烈的光化學(xué)反應(yīng)，從而使有機(jī)物降解。但由于反應(yīng)條件所限，光化學(xué)氧化降解往往不夠徹底，易產(chǎn)生多種芳香族有機(jī)中間體，成為光化學(xué)氧化需要克服的

37、問題。通過和光催化氧化劑的結(jié)合可以大大提高光化學(xué)氧化的效率。根據(jù)光催化氧化劑使用的不同，可以分為均相光催化氧化和非均相光催化氧化35。4.電化學(xué)電化學(xué)主要涉及化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化，是研究電子導(dǎo)電相(金屬、半導(dǎo)體)和離子導(dǎo)電相(溶液、焰鹽、固體電解質(zhì))之間的界面上所發(fā)生的各種界面效應(yīng)的科學(xué)。隨著全球范圍內(nèi)的人口增長和技術(shù)進(jìn)步，自然資源和環(huán)境受到日益嚴(yán)重的破壞，環(huán)境污染和生態(tài)破壞已成為舉世矚目的問題。在治理環(huán)境污染方面，電化學(xué)技術(shù)使用清潔、有效的電子作為強(qiáng)氧化還原試劑，是一種基本對(duì)環(huán)境無污染的“綠色”技術(shù)。由于界面電場(chǎng)中存在著極高的電位梯度，電極相當(dāng)于異相反應(yīng)的催化劑，從而減少了有可能因加催化劑

38、而帶來的環(huán)境污染，同時(shí)電化學(xué)過程有較高的選擇性，可防止副產(chǎn)物的生成。另外，與其他一些過程相比，電化學(xué)過程可在較低溫度下進(jìn)行，并且不受卡諾循環(huán)的限制，能量利用率高，可以通過控制電位、合理設(shè)計(jì)電極與電解池，降低能量損失?？傊?，電化學(xué)技術(shù)具有環(huán)境兼容性高、能量利用率高、可控制、多功能、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)和特性，在環(huán)境保護(hù)中發(fā)揮著極其重要的作用36。按照電極工作方式的不同，典型的電化學(xué)處理技術(shù)主要包括陽極催化氧化法、陰極電芬頓法。陽極催化氧化過程可以使污染物直接在電極表面失去電子而被氧化，也可以通過陽極過程產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化作用的中間物質(zhì)或者發(fā)生陽極反應(yīng)之外的媒介反應(yīng)，使污染物被氧化降解。由于大多數(shù)污染物質(zhì)的氧化

39、電位較髙，甚至高于水的氧化電位，在陽極氧化過程中由于水的分解而導(dǎo)致的析氧反應(yīng)常常是伴隨的主要副反應(yīng)，從而使電流效率降低，因此需要通過電極材料的選擇和電位控制防治或盡量減小其影響。在陽極催化氧化工藝中，研究的重點(diǎn)之一就是探索綜合性能好的陽極材料，要求電極應(yīng)具備較高的析氧超電位和催化活性，同時(shí)還要求電極在廢水中具有較高的穩(wěn)定性和抗腐蝕性。早期使用的陽極材料存在諸多不足之處，如傳統(tǒng)的碳素電極（石墨電極）在酸性溶液中陽極析氧反應(yīng)容易造成電極損耗，不僅使外層碳原子生成CO和CO2，而且可能造成電極的膨脹、剝落，材料機(jī)械強(qiáng)度低37； 一般的金屬如鎳、鋁以及不誘鋼等只能在有限的外加電位與pH介質(zhì)中使用，且容

40、易發(fā)生鈍化使電極活性降低，而催化活性較高的貴金屬材料如Pt、Au等，電極成本高，且易被含硫有機(jī)物等物質(zhì)毒化而喪失其電催化性能，導(dǎo)致氧化電流效率下降38。近幾年，在環(huán)境污染物去除方面研究較多的陽極材料主要有摻硼金剛石（BDD）薄膜電極39和以Ti為基底的形穩(wěn)性陽極（DSA）40, 41。針對(duì)陽極作用的電化學(xué)方法在處理有機(jī)廢水的同時(shí)，陰極則會(huì)發(fā)生無用的析氧反應(yīng)，因此，可以利用陰極的還原能力，產(chǎn)生氧化劑氧化有機(jī)物，可將其消耗無用功的能量轉(zhuǎn)化為有用功，這類反應(yīng)是陰極還原工藝中研究的重點(diǎn)。電芬頓即是在此基礎(chǔ)上發(fā)展出來的新型高級(jí)氧化電化學(xué)處理技術(shù)的。電化學(xué)法處理環(huán)境污染物的難點(diǎn)有二：一是處理時(shí)間問題，即電

41、化學(xué)法的速度和效率如何提高；二是電極壽命問題，即電極的穩(wěn)定性如何提高。對(duì)于前者，要從設(shè)計(jì)和研制高催化活性的電極材料和有效的反應(yīng)器入手進(jìn)行解決；而后者則要從電極材料的結(jié)構(gòu)和制備方法入手進(jìn)行研究。目前，在電催化氧化降解有機(jī)物研究中，具有重大研究價(jià)值的領(lǐng)域包括：1）電催化氧化提髙生化性研究；2）具有高催化活性的電極材料的研制；3）用于電化學(xué)氧化有機(jī)物過程的均相催化劑的研究；4）高效電化學(xué)反應(yīng)器的研究；5）對(duì)電催化氧化有機(jī)物過程的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。1.3 芬頓法1.3.1 芬頓技術(shù)的發(fā)展歷史典型的芬頓試劑是Fe2+與H2O2的組合，該試劑的應(yīng)用已經(jīng)有一百多年的歷史。1894年法國科學(xué)家Fenton發(fā)現(xiàn)酸性溶

42、液中Fe2+和H2O2同時(shí)存在可以有效地降解酒石酸42。為了紀(jì)念這位科學(xué)家，后人將酸性條件下使用過氧化氫與亞鐵鹽試劑的體系稱為芬頓試劑。眾所周知，在Fe2+的催化作用下，H2O2的分解活化能較低（34.9 kJ·mol-1），反應(yīng)過程中產(chǎn)生大量的中間態(tài)活性物種羥基自由基OH，進(jìn)而氧化分解有機(jī)物質(zhì)。羥基自由基具有很高的氧化還原電位，能使許多難生物降解或者是一般化學(xué)氧化法難以氧化的有機(jī)物質(zhì)氧化分解。芬頓體系設(shè)備簡單，反應(yīng)條件溫和，操作方便，氧化速率高，但是也存在著應(yīng)用pH值范圍窄和過氧化氫過量等問題。1.3.2 芬頓法基本原理芬頓體系總體上被分為兩步反應(yīng)，即二價(jià)鐵與過氧化氫產(chǎn)生羥基自由基

43、進(jìn)而氧化降有機(jī)物。反應(yīng)如下：Fe2+ + H2O2 Fe3+ + HO-+ OH （1-1）OH + RH R + H2O （1-2）在反應(yīng)過程中，生成的三價(jià)鐵可以重新再生成二價(jià)鐵。三價(jià)鐵與過氧化氫引發(fā)的一系列反應(yīng)被稱之為類芬頓反應(yīng)。具體如下：Fe3+ + H2O2 Fe···OOH2 + + H+ （1-3）Fe···OOH2+ Fe2+ + HO2 （1-4）Fe2+ + H2O2 Fe3+ + HO-+ OH （1-5）OH + RH R + H2O （1-6）1.3.3 芬頓體系水處理應(yīng)用中存在的問題1.芬頓體系的有效pH值范

44、圍窄大量實(shí)驗(yàn)證明，在染料廢水的處理中芬頓過程可以達(dá)到較高的染料脫色效率（90-99%），然而，也有資料報(bào)道，一些染料沒有或者只是部分的被芬頓試劑所分解43，而且，脫色效率很大程度上取決于pH值44。芬頓氧化的最佳pH值一般被認(rèn)為是24。而這一pH范圍的得出與所處理的有機(jī)物種類沒有多大關(guān)系。反應(yīng)體系的pH過高時(shí)，會(huì)抑制羥基自由基(·OH)的產(chǎn)生；反應(yīng)體系pH過低，會(huì)破壞了Fe2+與Fe3+之間的轉(zhuǎn)換平衡，影響催化反應(yīng)的進(jìn)行，從而降低了CODcr的去除率，不利于氧化反應(yīng)的進(jìn)行。研究者李亞峰等人發(fā)現(xiàn)反應(yīng)體系的應(yīng)用pH值窄，體系應(yīng)用僅限于酸性環(huán)境下，在堿性條件下，染料脫色率和COD去除率都會(huì)

45、大幅度地下降。2.芬頓體系的有效應(yīng)用需投加較大量試劑理論上，對(duì)于芬頓體系而言，當(dāng)鐵和H2O2投量較低時(shí)，羥基自由基（OH）的生成量相對(duì)較少，進(jìn)而處理效率較低。然而，H2O2同時(shí)是OH的捕獲劑，H2O2投量過高會(huì)捕獲體系產(chǎn)生的OH。當(dāng)鐵的投量過高時(shí)，H2O2被迅速地催化分解產(chǎn)生大量的活性羥基自由基，然而羥基自由基同基質(zhì)的反應(yīng)相對(duì)而言速度較慢，所以未消耗的游離OH彼此發(fā)生淬滅反應(yīng)生成水，致使部分羥基自由基被消耗掉，從而降低羥基自由基的處理效率。同時(shí)鐵投量過高會(huì)使被處理的水的色度增加。1.4 電芬頓法在各種高級(jí)氧化技術(shù)中，芬頓法倍受人們的青睞。而電芬頓法是一種間接的電化學(xué)高級(jí)氧化法，它是指借助電化學(xué)

46、法生成Fe2+和H2O2，作為芬頓試劑的持續(xù)來源，兩者反應(yīng)生成具有強(qiáng)氧化性、無選擇性的羥基自由基（OH），可將有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)破壞，使之生成小分子中間體，或者完全礦化生成CO2和H2O。電芬頓法與傳統(tǒng)芬頓相比，處理成本低、不需要再加入其他藥品試劑；易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、不需要特殊的設(shè)備；除了OH的氧化外，還存在陽極氧化，可以提高反應(yīng)效率，有效去除有機(jī)物。電芬頓作為一種新型電化學(xué)氧化技術(shù)，由于它在陰極和陽極都能產(chǎn)生羥基自由基（OH）氧化降解水體中污染物，引起了學(xué)者們廣泛地關(guān)注。1.4.1 基本作用原理基于傳統(tǒng)Fenton試劑的作用機(jī)理，電芬頓（Electro-Fenton，EF）由H2O2和Fe2+反

47、應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的（OH）。其中H2O2的電化學(xué)產(chǎn)生是通過在陰極充氧或曝氣的條件下，發(fā)生氧氣的還原生成的，而Fe2+也可以通過陰極的還原反應(yīng)得到。在酸性條件下，通過充氧或曝氣的方法，氧氣在陰極會(huì)發(fā)生2電子還原反應(yīng)，如式（1-7）所示，產(chǎn)生H2O2。在此過程中，氧氣首先溶解在溶液中，然后在溶液中遷移到陰極表面，還原成H2O2。而在堿性溶液中，氧氣發(fā)生反應(yīng)如式（1-8）所示，生成HO2-。通過檢測(cè)氣體擴(kuò)散電極孔中堿性介質(zhì)，認(rèn)為氧氣還原反應(yīng)總是通過途徑（1-8）產(chǎn)生HO2- 和OH-。在此基礎(chǔ)上，提出在酸性介質(zhì)下，HO2- 的質(zhì)子化生成了H2O2。當(dāng)然H2O2的產(chǎn)生和穩(wěn)定性也受到其他因素的影響，包括電

48、解池的構(gòu)造、陰極性質(zhì)和操作條件等。O2 + 2H+ + 2e- H2O2 (1-7)O2 + H2O + 2e- HO2- + OH- (1-8)在電芬頓體系中，溶液中的Fe3+可通過反應(yīng)（1-9）在陰極還原成Fe2+。圖1-1說明了在設(shè)想的催化循環(huán)中，電芬頓處理的有機(jī)污染物示意圖。該圖指出Fe2+再生將受到電極電勢(shì)和面積、pH、溫度和催化劑量的影響。通過分別用0.2 mM的Fe2+和Fe3+作催化劑，在Pt/碳?xì)肿麟姌O，60 mA的不分離電解池條件下降解孔雀石綠，結(jié)果表明二者具有相同的降解速率。這說明在三維碳制材料下，F(xiàn)e2+和Fe3+均可作為催化劑的來源。Fe3+ + e- Fe2+ (1

49、-9)電芬頓有其自身的優(yōu)勢(shì)：電化學(xué)產(chǎn)生H2O2，可避免其在運(yùn)輸、儲(chǔ)存和操作的危險(xiǎn)；控制降解速率實(shí)現(xiàn)機(jī)理研究的可能性；由于陰極持續(xù)的Fe2+再生提高了有機(jī)污染物的降解速率，這也減少了污泥；在最佳條件下，可實(shí)現(xiàn)低花費(fèi)的可行性。圖1-1 電芬頓處理有機(jī)污染物的過程45Fig. 1-1 EF processing process of organic pollutants芬頓反應(yīng)由Fe2+和H2O2之間的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)催化生成·OH，其中Fe2+主要是作為反應(yīng)的催化劑，而H2O2通過反應(yīng)產(chǎn)生的·OH則起到氧化作用。基本作用原理如反應(yīng)（1-10）：H2O2 + Fe2+ + H+ Fe3+

50、 + OH + H2O (1-10)1.4.2 電芬頓技術(shù)在難降解廢水處理中的應(yīng)用前景電芬頓法處理廢水的研究已開展了近30年，但有關(guān)這方面的研究報(bào)道主要還處于試驗(yàn)可行性研究階段，目前還較少見到成功應(yīng)用的實(shí)際廢水處理裝置的報(bào)道，要真正實(shí)現(xiàn)電芬頓法工業(yè)化應(yīng)用還有很多工作要做。在反應(yīng)機(jī)理方面，研究者們的共識(shí)還是基于傳統(tǒng)芬頓反應(yīng)的基本原理，而實(shí)際上，有機(jī)物的電芬頓降解機(jī)理很復(fù)雜，包括復(fù)雜的電化學(xué)原理和催化原理等多種機(jī)理。真正認(rèn)清電芬頓法的降解機(jī)理是該技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)用化突破的第一步。另外，研制出對(duì)O2生成H2O2具有高效催化性能的陰極材料；提升電極材料的催化性能、電流效率，從而提高EF系統(tǒng)的產(chǎn)OH的能力，降

51、低能耗，以及擴(kuò)大其使用的pH值范圍是電芬頓法今后的主攻方向。1.5 研究意義與內(nèi)容1.5.1 研究意義雖然電芬頓法克服了傳統(tǒng)芬頓法中H2O2的成本和儲(chǔ)存、運(yùn)輸問題，使污泥量得到一定程度的減少，但已有該技術(shù)大多通過外加金屬催化劑、犧牲鐵陽極產(chǎn)生Fe2+，仍無法避免污泥的產(chǎn)生和窄的pH范圍（pH為24）。本文將金屬催化劑鐵氧化物（Fe2O3）負(fù)載于大比表面積的活性炭纖維（ACF）表面制成Fe2O3/ACF復(fù)合陰極材料，應(yīng)用于電芬頓過程，其主要優(yōu)勢(shì)在于：1）將Fe2O3負(fù)載于ACF上，無需外加金屬催化劑，避免了污泥的產(chǎn)生；2）ACF表面的Fe2O3對(duì)金屬鹽水解的敏感度降低，極可能拓寬體系的pH適應(yīng)范

52、圍；3）利用ACF強(qiáng)的吸附性，強(qiáng)化其在Fe2O3/ACF電極表面的聚集，增強(qiáng)污染物的異相催化降解途徑。在反應(yīng)機(jī)理方面，溶解氧得1電子還原為超氧自由基（O2），繼續(xù)得1電子生成H2O2，并可能進(jìn)一步得2電子還原為H2O。大多數(shù)研究者認(rèn)為，在碳電極做陰極的電芬頓過程中，溶解氧經(jīng)兩步1電子還原為H2O2。而Fe2O3/ACF復(fù)合陰極電芬頓過程中，負(fù)載于ACF上的Fe2O3很可能對(duì)溶解氧的電還原過程產(chǎn)生影響，可能改變其電還原途徑。本文將從溶解氧還原的角度對(duì)Fe2O3/ACF復(fù)合陰極電芬頓的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行初步探討。1.5.2 研究內(nèi)容針對(duì)難降解有機(jī)污染物的高效去除和現(xiàn)有電芬頓法中存在的問題，在活性炭纖維（

53、ACF）表面負(fù)載金屬氧化物（Fe2O3），制成Fe2O3/ACF復(fù)合陰極，并將其應(yīng)用于本實(shí)驗(yàn)研究中。以具有高毒素、高殘留和致癌、致畸、致突變等副作用的難降解二氨基三苯甲烷類染料孔雀石綠（malachite green，MG）作為模型污染物。采用Fe2O3/ACF復(fù)合陰極電芬頓法降解孔雀石綠。具體內(nèi)容如下：1）電化學(xué)循環(huán)伏安法制備Fe2O3/ACF復(fù)合陰極及表征，制備條件（循環(huán)次數(shù)、FeSO4濃度、pH、熱處理溫度）的優(yōu)化；2）電解條件（電解電位、pH、電解質(zhì)濃度、溶液溫度）的優(yōu)化；3）對(duì)反應(yīng)機(jī)理的初步探討。2 實(shí)驗(yàn)部分2.1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑實(shí)驗(yàn)所用實(shí)驗(yàn)儀器見表2-1。實(shí)驗(yàn)中所用化學(xué)藥品見表2-

54、2。ACF購自江蘇科凈炭纖維有限公司（比表面積1500 m2·g-1），純氧（99.9%）購自騰龍化工有限公司。表2-1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器Table 2-1 List of the apparatus used in the experiments儀器生產(chǎn)廠家電化學(xué)工作站（CH1832B）上海辰華儀器公司pH計(jì)（Starter3C）上海奧豪斯儀器有限公司紫外可見分光光度計(jì)（UV-2450）島津分析儀器有限公司真空烘箱（DZF型）北京科偉永興儀器有限公司水浴恒溫振蕩器（SHAC）常州國華電器有限公司比朗超聲清洗儀上海比朗儀器有限公司X-光電子能譜儀(K-Alpha)美國Thermo Sc

55、ientific電子天平（ESJ-60-4）沈陽龍騰電子有限公司馬弗爐（WGL-30B）北京科偉永興科技有限公司表2-2 實(shí)驗(yàn)試劑Table 2-2 List of the chemical reagents used in the experiments試劑等級(jí)生產(chǎn)廠家孔雀石綠AR天津市河?xùn)|區(qū)紅巖試劑廠七水合硫酸亞鐵AR國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司硫酸銨AR天津市天力化學(xué)試劑有限公司濃硫酸AR西隴化工股份有限公司硫酸鈉AR成都化學(xué)試劑廠氫氧化鈉AR西安化學(xué)試劑有限公司對(duì)苯醌AR國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司異丙醇AR國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司無水乙醇AR國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司香豆素AR上海晶純生化科技

56、股份有限公司鉬酸銨AR廣東臺(tái)山化工廠碘化鉀AR科密歐化學(xué)試劑有限公司過氧化氫AR西隴化工股份有限公司鄰苯二甲酸氫鉀AR國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司2.2 實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)采用三電極系統(tǒng)，工作電極為Fe2O3/ACF作陰極，輔助電極為Pt絲作，飽和甘汞電極（SCE）為參比電極，如圖2-1所示。圖2-1 實(shí)驗(yàn)裝置圖Fig. 2-1 Schematic diagram of the experimental setup2.3 實(shí)驗(yàn)方法2.3.1 電化學(xué)循環(huán)伏安法制備Fe2O3/ACF復(fù)合陰極將0.5 g左右的ACF浸入100 mL乙醇中，于超聲清洗儀中超聲30 min取出浸泡過夜，用去離子水洗2-3次并8

57、0下干燥1 h，待用。稱取一定質(zhì)量的FeSO47H2O和(NH4)2SO4用去離子水溶解，定容至200 mL，置于250 mL燒杯中，用H2SO4和NaOH調(diào)節(jié)pH。將預(yù)處理后的ACF固定于帶孔圓筒形玻璃管上（管內(nèi)徑17 mm，管厚2 mm），用鉑絲連接在電化學(xué)工作站三電極系統(tǒng)的工作電極中，螺旋形鉑絲（直徑6 mm，螺距5 mm，鉑絲直徑為0.5 mm）為輔助電極，工作電極與輔助電極間距為7 mm，飽和甘汞電極為參比電極。于40oC下采用循環(huán)伏安掃描將Fe2O3負(fù)載于ACF表面，電位掃描范圍為2.50.6 V（vs.SCE），掃描速度為50 mV·s-1。掃描一定圈數(shù)后取出，用去離子水洗23次，一定溫度下熱處理1 h，待用。2.3.2 Fe2O3/ACF陰極電芬頓法降解孔雀石綠廢水如圖2-