酶电极催化聚合耦合电絮凝协同去除亲水性有机物的研究

控制废水中亲水性溶解性有机物（DOM）是废水深度处理领域的重要研究课题。本项目拟将酶修饰电极和电絮凝耦合至同一电化学体系，通过酶电极催化聚合反应增加废水中亲水DOM分子的疏水性，改变废水DOM组成的极性特性和分子量分布，增强阳极电絮凝处理亲水性DOM效果，从而实现阴极酶催化聚合和阳极电絮凝协同深度去除废水中亲水性DOM，为废水深度处理提供一种新方法。重点研究酶修饰电极催化聚合反应对废水DOM极性特性和分子量分布特征的作用规律，并探讨电絮凝过程新生态铝形态转化对废水DOM去除的影响，阐明阳极电絮凝水解聚合产生的原位铝形态和阴极酶催化聚合形成不同性质新生DOM之间的反应过程与相互作用关系，以协同深度去除废水DOM角度优化酶电极催化聚合耦合电絮凝过程，进一步提出酶修饰电极-电絮凝体系深度处理废水的协同机制与调控方法，最大限度降低亲水性污染排放，为工业废水深度去除DOM提供新平台技术和科学依据。

控制废水中微量亲水有毒有机物是废水深度处理领域的重要研究课题。为此，本项目将酶修饰电极和电絮凝耦合至同一电化学体系，以制备和优化酶修饰电极为基础，对酶电催化有毒有机污染物交叉聚合机理进行研究，并进一步探讨了阴极酶催化聚合和阳极电絮凝协同深度去除有毒污染物的机理，为废水深度处理提供一种新思路和科学依据。.采用不同固载方法制备了两种酶修饰电极。通过酶的电催化活性研究进行了酶电极的电子传递优化。其中蒽醌修饰石墨毡电极在氧气存在情况下，还原电流信号明显增大，峰电流达到 100-110uA，其对电化学还原氧气有较高的活性，且在4℃放置7天后，酶活力保持在60%以上。酶电极对PCP去除率为65.6%。碳化蛋壳膜修饰玻碳电极使电极表面产生了更多的平面碳结构，更有利于电子传递，循环伏安电流响应提高12.6倍，且可用于过氧化氢检测（10uM-2.7mM），进一步扩展了酶修饰电极的应用范围。.针对酚类有毒污染物在酶电催化聚合过程中污染物迁移转移的反应途径进行研究。结果表明，在酶电体系HRP酶和原位过氧化氢的共同作用下，仅10 min氯酚去除率即高达99.7%。酶电催化聚合过程主要通过酚氧自由基间C-C或C-O-C聚合、羟基取代及亲核反应等途径形成氯氢醌、二聚体、多聚体等产物。同时，研究发现通入CO2后可以通过维持溶液pH有效加速反应进程，电流强度提高也可以加速反应途径中的脱氯取代反应，从而进一步提高氯酚去除效率。.建立了酶电催化耦合电絮凝协同深度处理有毒有机污染物的新体系，并分别基于连续流和序批式反应器开展了研究。研究结果表明，在连续流酶电-电絮凝体系中，阴极O2原位还原产生H2O2激发HRP酶发生催化聚合反应，5min内双酚A可有效去除91.7%，20min内TOC可有效去除96%。通过HPSEC分析，酶电催化双酚A进入腐殖酸大分子结构发生交叉偶联聚合反应，产生分子量更大的交叉偶联聚合产物。FTIR分析表明，酶电催化聚合过程不仅改变了有机物的分子量，还有效地将亲水基团（酚和醇）逐渐转化为疏水基团（醚和醌），从而更容易通过阳极电絮凝沉淀去除。阴极酶电催化和阳极电絮凝耦合协同作用，可实现低浓度亲水有毒有机污染物和有机物同时去除，仅需1.4 kWh/kgTOC和5.4 kWh/kgBPA电耗，为有毒有机污染物的深度去除提供了一种新方法和理论基础。