卤代有机污染物废水的电化学高效脱毒及催化微界面机制

The project points out the issue that halide-containg organic pollutants are not easy to being decomposed, aiming at dehalogenation of pollutants in wastewater. It will develop bifunctinal electrocatalytic interface of direct and indirect dehalogenation, expounding the relationship between the structure of catalytic interfaces and dehalogenation efficiency. The synergic effect of breakage of C-X bonds and formation of C-H bonds will be investigated intensively, achieving the couping effect of direct and indirect dehalogenation. The main research contents are as follows: (1) Fabricating new functinal non-nobel metal electrocatalysts; (2) conducting efficent dehalogenation of antibiotic pollutants; (3) exploring the dehalogenation mechanism; (4) building new electrocatalytic process for dehalogenation of antibiotic pollutants. The project is highlighted by (1) new functinal non-nobel metal electrocatalysts; (2) synergic effect of breakage of C-X bonds and formation of C-H bonds; (3) in situ electrodepostion of bifunctinal non-nobel metal electrocatalysts. The research results will provide the studies on dehalogenation of antibiotic pollutants with theoritical basis and technical support.

本申请针对卤代有机污染物难降解的问题，以卤代污染物脱卤为研究目标，构建直接脱卤和间接脱卤双功能化电催化界面，提出催化界面结构与脱卤效率的规律，并深入研究碳-卤键断裂和碳-氢键形成的协同效应，实现直接脱卤和间接脱卤共促进作用，解决单一催化脱卤效率低的关键科学问题。具体研究（1）高效非贵重金属催化剂的精细设计与制备；（2）抗生素的高效脱卤；（3）脱卤机制；（4）高效脱卤电催化新工艺。本项目创新点：（1）构建用于脱卤的新型双功能非贵金属催化剂；（2）提出碳-卤键的断裂和原子态H的进攻之间的协同效应新机制；（3）提出电化学原位沉积制备双功能非贵金属的新技术。以上研究将为卤代有机污染物脱毒的研究提供一定的理论依据和技术支持。

抗生素的过度使用使环境微生物体内的耐药基因水平就越来越高，以至于对很多抗生素产生抗性，这种细菌非常强，形成了超级细菌。生物处理是目前广泛应用的污水处理技术，然而由于抗生素具有难降解、对活性污泥有毒害作用等特点，阻止了生物技术在含抗生素废水处理中的直接应用。本项目通过新型催化体系的研发来提升抗生素脱毒/降解效率。具体研究内容及结果如下：.（1）一步电沉积制备出吸附-催化双功能Co-P/O非贵金属电催化脱卤催化剂。典型卤代抗生素氟苯尼考（FLO）在Co-P/O 电极上的脱卤速率是Pd/C的2.6倍。首次通过理论计算模拟分析卤代污染物电催化脱卤能力与分子结构的关系；.（2）原位生长使得催化剂具有高度的稳定性。Co-P/O经历19个循环使用，对FLO的脱卤效率依然高达86%，高于商业Pd/C的70%。甚至经历25个使用循环，其脱卤效率还保持80%；.（3）电芬顿是最有效的有机废水的高级氧化技术之一。目前电芬顿技术存在不足：自身产H2O2能力弱或者需要外加H2O2，要么不断外加芬顿Fe试剂（易产生淤泥）。因此，自身产H2O2能力强且无需要持续外加芬顿Fe试剂的电芬顿高级氧化技术是业界高度渴望和需求。本项目开发出双阴极电芬顿连续流处理抗生素废水新催化体系，有效解决了上述问题；.（4）光电催化可以有效降解持久性有机污染物（含卤代有机污染物），其难以生物降解导致传统生化处理工艺难以去除此类有机污染物。开发高效的催化剂是光电催化技术实际应用（尤其连续流处理工艺）的关键。在连续流PEC工艺，90分钟后，实际水体中抗生素TC 的降解效率保持在80%分解掉，在8小时后，TOC的去除率稳定在70%以上。该技术具有很强的实用性。在张家界久瑞生物建成了2台并行日处理规模为5吨的制药废水预处理试运行工程，后续废水生物处理效率极大提高，COD从之前256 mg/L（未预处理，直接生化处理）大幅下降到30 mg/L。.本项目为抗生素废水的安全处理提供了新的技术途径。