电化学体系中羟基自由基的检测及生成规律的影响研究-冶金物理化学专业论文.docx

西安建筑科技大学硕士学位论文 西安建筑科技大学硕士学位论文 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 电化学体系中羟基自由基的检测及生成规律的影响研究 专 业：冶金物理化学 硕 士 生：蒋朦 指导教师：薛娟琴教授 于丽花讲师 摘 要 随着我国工业的迅猛发展，由工业废水排放引发的水污染问题日渐引起人们 的广泛关注。其中生物难降解有机废水由于处理难度大，采用传统的方法很难达 到满意的效果，而电化学氧化技术是一种新型绿色的生物难降解有机废水处理技 术，具有兼容性好、处理效率佳、不易产生二次污染、操作简便、易于实现自动 化等优势，近年来成为国内外研究者广泛关注的热点领域。电化学氧化技术主要 通过产生强氧化剂——羟基自由基(·OH)，使得有机污染物被氧化降解。因此， 对·OH 自由基的生成及影响规律进行检测，对于优化反应条件和反应器设计，深 入研究有机物的电化学氧化机理具有重要的意义。 本论文采用电沉积法制备出了以 [emim]BF4 离子液体为添加剂的 高性能 Ti/PbO2 电极，通过 SEM、XRD、苯酚模拟废水降解实验和强化寿命测试等方法对 自制 Ti/PbO2 电极的表面形貌、电极活性及稳定性进行了表征。研究结果显示：50℃ 时添加 50mg/L [emim]BF4 离子液体制备得到的电极结晶良好，沉积层均匀致密， 且电极活性较高、稳定性较好，可以用作电化学氧化体系中·OH 自由基的产生电 极。 使用高效液相色谱-紫外检测技术(HPLC-UV)，分别以水杨酸(SA)和 4-羟基苯 甲酸(4-HBA)为捕捉剂测定电化学氧化体系中生成的·OH 自由基。色谱分离条件为： 柱温为 30℃、流动相为 40%(v/v)甲醇：60%(v/v)超纯水、流速为 1mL/min、每次 进样 20μL。研究结果显示，SA 和 4-HBA 分别与·OH 自由基的电化学氧化反应均 符合一级反应动力学，反应速率常数分别为 2.1833×10-4s-1 和 1.3500×10-4s-1；SA 的 捕捉能力为 4-HBA 的 3 倍，相较而言 SA 具有更高的灵敏度。因此 SA 为更适宜 本研究体系的捕捉剂。 以 SA 为捕捉剂，从电解液性质、电解反应器条件和外部能量输入等角度探寻 不同的电化学氧化条件对·OH 自由基生成的影响规律。结果表明：随着电解液 pH 值的增大，·OH 自由基的生成速率逐步增加，碱性条件下更有利于·OH 自由基的生 成；电流密度的增加使得·OH 自由基生成速率逐渐增加，当电流密度大于 10mA/cm2 时，·OH 自由基生成速率的增加趋势逐渐平缓；使用较低浓度范围的支持电解 质，·OH 自由基的生成速率先增大后减小，0.03mol/L 无水 Na2SO4 更适合本研究体 系；无机抑制剂对·OH 自由基生成的抑制作用强于有机抑制剂，且 Na2CO3 对·OH 自由基生成的抑制作用最强；随着极板间距的增加，·OH 自由基生成速率先增加 后减小，当极板间距为 3cm 时·OH 自由基生成速率最高；阴极材料为不锈钢时可 实现节约能耗的目标。 关键词：·OH 自由基；电化学氧化；水杨酸；4-羟基苯甲酸；高效液相色谱 本研究得到国家自然科学基金项目51478379的资助。 西安建筑科技大学硕士学位论文 西安建筑科技大学硕士学位论文 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 Detection and Research of the Hydroxyl Radicals That Generated by Electrochemical System Specialty: Metallurgical physical chemistry Name: Jiang Meng Instructor: Professor Xue Juanqin Lecturer Yu Lihua ABSTRACT With the rapid development of industry in our country, particular focus was given to the water problem. The poor biodegradability organic wastewater makes us to facing the unprecedented challenge. It is difficult to achieve satisfactory results by using the traditional method. Very recently, electrochemical oxidation technologie had been investigated for its advanta