掺硼金刚石薄膜电极电化学降解藻毒素的机理及工艺研究

随着水体富营养化问题的加剧，水体藻类频繁爆发，藻毒素(MC)污染引起的水质及食品安全已非常严峻，因而对水体中藻毒素降解技术的研究非常必要。电化学氧化技术（EOP）降解藻毒素已表现出很强的技术优势，但系统的研究尚无报道。本项目以一种主要的蓝藻毒素MC-LR为代表，研究藻毒素在掺硼金刚石薄膜电极（BDD）材料上的降解技术及机理，通过与采用传统电极材料的研究对照，阐释无氯、含氯水中的降解机理，反应器构型及电化学参数对MC-LR降解效果的影响。通过本项目的研究，为藻毒素的高效电化学降解提供理论及技术依据。

水体富营养化导致水生藻类过度繁殖，其代谢产物微囊藻毒素具有毒性和致癌作用，污染饮用水源后引起的水质及食品安全问题十分严重，因而对水体中藻毒素降解技术的研究非常必要。传统水处理方法很难完全去除藻毒素，而电化学氧化技术作为一种简单易行的绿色低成本技术，用以降解藻毒素具有很好的应用前景，但有关电化学降解藻毒素的系统研究尚无报道。. 本项目以一种主要的蓝藻毒素MC-LR为目标对象，研究藻毒素在掺硼金刚石电极（BDD）材料上的降解技术及机理，电化学参数对MC-LR降解效果的影响等，确定了最优的工作路径，阐释了不同电解质中BDD电极降解藻毒素的机制，在无氯水中，MC-LR的去除主要是靠电极表面的直接氧化；在含氯水中，活性氯的产生加快了MC-LR的降解，活性氯对MC-LR的降解起主导作用。上述研究成果系统完善了BDD电极降解藻毒素方面的基础研究，为电化学氧化技术高效去除饮用水中的藻毒素这一方向提供了新的理论依据。为了深入研究无氯，含氯水中的降解机理及中间产物形成途径，我们通过LC-MS仪对MC-LR的降解中间产物进行检测，检测出8种中间产物。据此推断MC-LR在BDD电极上可能的降解机制，首先为Adda链的破坏，降低了MC-LR的毒性，紧接着MC-LR的七肽环状结构被打开逐步降解。该研究成果丰富了BDD电极降解藻毒素中间产物的机理研究。. 基于前面的研究基础，我们首次采用了实验与理论计算相结合的方法深入研究了MC-LR的降解途径。BDD电极在电化学降解MC-LR时，可形成大量的羟基自由基，有75%的MC-LR可被羟基自由基直接降解。采用LC/MS仪对反应的中间产物进行检测，共检测出了17种中间产物。随后，我们采用理论计算的方法对可能的反应途径势能进行计算，表明羟基自由基与Adda上的不饱和共轭双键反应时主要是通过加成反应和取代反应两种，与Mdha上的不饱和双键反应时主要是通过加成反应。. 同时，我们开展了一些电极材料对污染物降解行为的研究，如Ag/AgCl/TiO2纳米管电极可见光下光电催化降解MC-LR研究，对硝基苯酚在BDD电极上的降解机理及与Pt电极的对照研究，丰富了电极材料电化学氧化降解污染物的理论研究；也开展了一些关于光催化材料制备的研究，如铁掺杂的TiO2薄膜的制备及磁性可见光光催化材料的制备，为藻毒素的降解提供了新途径。