电氧化PFOA/PFOS的超疏水性Ti/SnO2-Sb/PbO2修饰电极制备及机理研究

PFOA/PFOS as typical refractory perfluorinated compounds, their treatment technologies have received a lot of scientific attention recently. Compared with other technologies,electrochemical oxidation technology can effectively remove these compounds in water, and the electrodes play an important role in the oxidation processes. Based on our previous research, this study continue to explore the anodic materials which can electrochemically oxidize PFOA/PFOS.In this project a super-hydrophobic anodic material Ti/SnO2-Sb/PbO2 will be fabricated with electro-deposition method to increase the oxygen evolution potential and oxidation ability. The morphology and the hydrophobicity of the electrode are improved by the different modified methods.Degradation of PFOA/PFOS on the super-hydrophobic Ti/SnO2-Sb/PbO2 will be investigated, and the main operation parameters to be evaluated.Also,the changes of micro interface and microstructure,the production of intermediates, and the electrochemical oxidation mechanism on the super-hydrophobic Ti/SnO2-Sb/PbO2 will be studied. The super-hydrophobic anodic material developed in this project will contribute to future research for the degradation of refractory compounds.

PFOA/PFOS是典型难降解全氟化合物，开展环境介质中PFOA/PFOS去除技术是目前环境领域的研究热点。电化学氧化技术可有效去除水相中全氟化合物，开发高效稳定的电极材料是研究核心。本研究拟在前期研究工作基础上，继续探索可氧化PFOA/PFOS的电极材料，采用电沉积法制备超疏水性Ti/SnO2-Sb/PbO2电极，提高析氧电位，增强氧化能力。通过不同的修饰方式，调控PbO2电极表面结构和疏水性；关联电极微观结构、疏水性与电氧化能力关系；利用超疏水性PbO2电极电氧化特性使得PFOA/PFOS得以降解；考察影响电氧化主要影响因素；研究电极微界面的电化学和微观结构变化，鉴定电氧化中间产物，阐明超疏水性阳极材料电氧化PFOA/PFOS机理。本项目探索新型阳极材料的超疏水性修饰方法，进行PFOA/PFOS的有效降解，为该类难降解废水的处理提供新的技术路径及理论支撑。

PFOS于2009年被列入《斯德哥尔摩公约》，是一种难降解的持久性有机污染物，含PFOS污水的处理是环境领域的研究难点。PFOA的去除技术研究也是环境领域的热点问题。本课题首先制备了高疏水性阳极材料Ti/SnO2-Sb2O5/PbO2-PVDF(0.5wt%)、Ti/SnO2-Sb2O5/PbO2-PVDF(1wt%)和Ti/SnO2-Sb2O5/PbO2-PTFE电极，并采用改性阳极用于电化学氧化PFOA/PFOS的研究工作。三种电极的析氧电位值分别为1.52 V、1.625 V、1.97V(vs. SCE饱和甘汞电极)，加速电极寿命依次为8.6 h、15.8 h、50.6 h，疏水角分别为119.8°、121.1°、130.9°。三块电极3 h内对PFOA的脱氟率分别为26.24%、34.09%、49.19%，对PFOS去除率分别为85.84%、89.02%和96.23%。随着疏水角的增大，对PFOA和PFOS的电化学氧化能力增强。本研究还制备了Ti/PbO2、Ti/TiO2-NTs/PbO2、Ti/TiO2-NTs/Ag2O/PbO2电极。三种电极的析氧电位分别为1.58 V、1.82 V、2.45 V，加速寿命时间依次为8.89 h、43.61 h和47.22 h。三块电极电化学氧化PFOA在180 min内的脱氟率分别为37.12%、61.69%、87.53%；电化学氧化PFOS 3h去除率分别可达41.59% 、50.87%、 74.87%，脱氟率分别为6.20%、7.78%、11.49%。Ti/TiO2-NTs/Ag2O/PbO2对0.0929 mmol/L 全氟丁基磺酸钾（PFBS）、全氟己基磺酸钾（PFHxS）、PFOS的去除率分别为5.39%、15.43%和74.87%，脱氟率分别为0.74%、 2.03%、11.49%。随着碳链长度的增加，电极对全氟磺酸类化合物的电氧化能力增强，这是因为长链的化合物疏水性强，更易吸附到电极表面发生直接电化学氧化反应。基于实验结果，推测电化学氧化PFOA/PFOS的机理为，首先阳极直接电化学氧化PFOA/PFOS，夺取PFOA/PFOS的电子，发生脱羧基/磺酸基反应，随后逐步脱掉CF2单位，生成短链全氟羧酸类化合物，直至全部矿化的过程。改性PbO2电极对处理含有PFOS的电镀废水具有一定的应用前景。