Development of an electrochemical photo-Fenton-type advanced oxidation process without reactant addition

无需添加反应物的电化学光芬顿型高级氧化工艺的开发

基本信息

批准号：
21K04322
负责人：
岸本直之
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Ryukoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04322/
关键词：
促進酸化処理 Fenton法電解処理 UV処理電解法光化学反応

项目摘要

令和4年度は，電解photo-Fenton型処理法に及ぼす鉄イオン濃度，電流密度の影響を詳細に調査し，影響発現メカニズムを検討した。実験の結果，電流密度が高い条件では鉄イオンの添加は処理効果に負の影響を与え，逆に電流密度が低い条件では鉄イオンの添加は処理効果に正の影響を与えることが明らかとなった。本処理法の反応性ラジカルの生成プロセスは「(1)Fenton型反応」「(2)遊離塩素のUV分解反応」「(3)鉄(Ⅲ)イオンの光還元反応」から成る。加えて「(4)遊離塩素の電解生成反応」「(5)鉄(Ⅲ)イオンの電解還元反応」が付随して起こる。上記のメカニズムに基づき，反応経路毎に電解電流（電子数）あたりのラジカル生成量の化学量論比（モル比）を評価した結果，(3)+(4)+(1)で1，(5)+(4)+(1)で0.5，(4)+(2)で1と評価され，(5)+(4)+(1)の反応系（いわゆる電解Fenton型反応）の貢献度がプロセスの有効性に関係していると考えられた。鉄化学種の吸光係数を測定し，検討した結果，電流密度が大きい場合，(4)が促進されて遊離塩素濃度が高まり(4)+(2)が促進されるが，鉄イオン添加時は鉄イオンの強いUV吸収により(4)+(2)が阻害され，逆に(3)+(4)+(1)や(5)+(4)+(1)が促進されて処理性能の低下をもたらすと評価された。一方，電流密度が小さい場合，(4)が抑制されて遊離塩素濃度が低くなる。結果として，鉄イオン添加がない場合はUVエネルギーが過剰となる。一方，鉄イオンを添加すると(3)+(4)+(1)や(5)+(4)+(1)が促進される。この場合，(5)+(4)+(1)による化学量論比の低下が起こるものの，鉄のUV吸収によるUVエネルギーの有効利用率の向上が化学量論比低下効果を相殺し，促進効果をもたらしたと考えられた。

2020年度，我们详细研究了铁离子浓度和电流密度对电解光芬顿处理方法的影响，并研究了其影响机制。实验结果表明，在高电流密度Ta条件下，铁离子的添加对处理效果有负面影响，相反，在低电流密度Ta条件下，铁离子的添加对处理效果有正面影响。该处理方法中产生反应自由基的过程由“(1)芬顿反应”、“(2)游离氯的紫外线分解反应”、“(3)铁(III)的光还原反应”组成。）离子。”另外，“(4)游离氯的电解生成反应”和“(5)铁(III)离子的电解还原反应”同时发生。基于上述机理，我们评估了每种反应路线的每电解电流产生的自由基量（电子数）的化学计量比（摩尔比），发现（3）+（4）+（1）为1 ，（5）+（4）+（1）评价为0.5，（4）+（2）评价为1，（5）+（4）+（1）反应体系的贡献（所以-称为电解芬顿型反应）被认为与工艺效率有关。通过测量和检验铁物种的消光系数，我们发现当电流密度较大时，促进(4)，游离氯浓度增加，促进(4)+(2)，但当铁物种添加离子，铁离子的强紫外线吸收抑制(4)+(2)，相反促进(3)+(4)+(1)和(5)+(4)+(1)，导致加工不良它被评估为导致性能下降。另一方面，电流密度低时，(4)受到抑制，游离氯浓度变低。结果，在不添加铁离子的情况下，紫外线能量过多。另一方面，添加铁离子促进(3)+(4)+(1)和(5)+(4)+(1)。在这种情况下，虽然化学计量比因(5)+(4)+(1)而降低，但由于铁的UV吸收而导致的UV能量的有效利用率的提高抵消了化学计量比降低的效果，并促进了化学计量比的降低。以为有效果。