石墨烯掺杂光电芬顿催化剂-介孔粒子电极及其加速电子转移协同催化PPCPs类污染物的机理研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51578070
项目类别：
面上项目
资助金额：
62.0万
负责人：
王颖
依托单位：
北京师范大学
学科分类：
E1002.城市污水处理与资源化
结题年份：
2019
批准年份：
2015
项目状态：
已结题
起止时间：
2016-01-01 至2019-12-31

项目参与者：
赵岩；呼丽娟；沈潺潺；余艳鸽；张曼曼；尹肃；
关键词：
电极材料医药品与个人护理品光芬顿粒子电极电化学催化氧化

项目摘要

In recent years, .the existing form of pharmaceuticals and personal care products (PPCPs) as a kind of emerging pollutant in water is complicated. They are difficult to be removed effectively by traditional water treatment methods. This project aims at developing photoelectron-Fenton- three dimensional electrocatalytic degradation method under visible light irradiation. A new particle electrode (graphite modified photoelectro-Fenton catalytic particle electrode) is developed via in-situ self assembly to realize synergetic degradation of organic pollutants by visible light catalysis, Fenton reaction and three dimensional electrocatalysis. In this process, the mechanism of electron transfer acceleration and synergetic effect was revealed. The relation mechanism of particle electrode preparation, microstructure and efficiency was studied. The mechanism of removing PPCPs pollutants in water by photoelectron-Fenton- three dimensional electrocatalytic method under visible light irradiation is discussed. This project will lay the foundation for the perfecting knowledge system of removing PPCPs in water.

近年备受关注的水中“新型”污染物医药品与个人护理品（PPCPs）存在形态复杂（单独存在态、与重金属或者DOM复合后的结合态），难以利用常规水处理方法去除，或去除能力有限。本项目以建立一种高效去除水中不同存在形态PPCPs的光电芬顿-三维电催化氧化方法为目标，通过构建一种基于表面原位自组装技术的石墨烯掺杂光电芬顿催化剂-介孔粒子电极复合体，实现可见光-类芬顿催化-三维电催化氧化协同降解有机物的反应过程，揭示该过程中加速电子转移强化机制和协同作用机理，研究电极制备-微观结构-催化效能的关联机制，探讨可见光芬顿-三维电催化高效低耗催化降解典型PPCPs的过程和机理，为丰富水中PPCPs的去除方法知识体系提供理论基础。

结项摘要

近年备受关注的水中“新型”污染物医药品与个人护理品（PPCPs）存在形态复杂（单独存在态、与重金属或者DOM结合后的结合态），难以利用常规水处理方法去除，或去除能力有限。本项目以建立一种高效去除水中PPCPs的光电芬顿-三维电催化氧化方法为目标，开发了一种基于表面原位自组装技术的α-FeOOH-石墨烯/ Al-MCM-41介孔粒子电极复合体。多种物理化学表征技术（如电镜、XRD、XPS、红外、Raman和UV-Vis DRS光谱等）研究结果表明，在亚铁离子诱导自组装过程中，亚铁离子诱导还原氧化石墨烯，自身被氧化生成α-FeOOH附着于被还原的石墨烯表面，生成的复合体gh/α-FeOOH均匀修饰于介孔载体表层结构中。优化了制备方法，比较了不同铁氧化物晶体型态、不同载体以及不同助催化剂对gh/α-FeOOH-Al-MCM催化苯酚和布洛芬效能的影响。石墨烯的掺杂明显增强催化剂光芬顿降解污染物的效能，提高了矿化能力。相比MCM-41和γ-Al2O3，以Al-MCM-41为载体的催化剂具有更高的吸附和催化降解效能，Al-MCM-41载体表面具有更多的酸性位，拓宽了适用pH范围。揭示了催化剂的微观结构与催化效能的关系。制备了锡锑阳极材料，将开发的gh/α-FeOOH-Al-MCM催化材料放入电化学反应器中，建立了可见光-类芬顿催化-三维电催化反应体系，将其用于布洛芬和氧氟沙星-铜离子络合物模拟废水的降解，研究发现络合物可被分解，有机物被氧化，同时铜离子被还原。揭示了模拟太阳光-类芬顿催化-三维电催化氧化协同强化机制，分析了污染物降解过程和机理，揭示了主要影响因素。分析了协同过程中·OH等自由基生成机制：除了阳极氧化之外，阴极和粒子电极的微阴极还原产生H2O2 ，酸性条件下，FeⅢOH/gh-FeⅡOH的循环反应促进H2O2产生·OH；碱性条件下，产生极不稳定的FeⅣ=O高价铁系瞬态物质，并发生FeⅢOH/FeⅣ=O循环反应促进·OH产生。石墨烯提高了对可见光的响应，加速了光电子传输，强化了催化剂的活性与效能。该技术为丰富水中PPCPs的去除方法知识体系提供了理论基础。