电化学还原-氧化工艺去除氯代有机污染物的Pd-Fe/石墨烯催化阴极制备及降解机制研究

基本信息
批准号:51278053
项目类别:面上项目
资助金额:80.00
负责人:王辉
学科分类:
依托单位:北京林业大学
批准年份:2012
结题年份:2016
起止时间:2013-01-01 - 2016-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:齐飞,姜杰,王佳,魏祥甲,鲁光,逄磊,曾志朋
关键词:
电化学还原脱氯氯代有机污染物降解机理阴阳极同时氧化PdFe/石墨烯阴极
结项摘要

It is well known that chlorinated organic pollutants are toxic due to the chlorine atom contained in their structure. However, advanced oxidation processes usually open aromatic rings of chlorinated compounds and then form some chlorinated aliphatic intermediates. The accumulation of chlorinated intermediates may be even more toxic than their parent compounds. In this research, the Pd-Fe/graphene gas-diffusion cathodes are prepared for chlorinated compounds wastewater treatment, which can not only reductively dechlorinate chlorinated compounds in aqueous medium by feeding hydrogen gas, but also accelerate the two-electron reduction of oxygen to hydrogen peroxide by feeding air. Furthermore, an effective and friendly method will be developed to treat contaminants of chloride compounds by using a combination process of reduction and oxidation. In the cathodic compartment, the chlorine atoms of chlorinated compounds are removed from the aromatic structure and chlorinated compounds are reduced to the non-chloride intermediates. Then, the degradation of the non-chloride intermediates could be attributed to the cooperatively oxidization processes including direct and/or indirect electrochemical oxidations at the anode and by hydrogen peroxide and free radicals produced by the reduction of oxygen at the cathode. It may be more worthwhile to degrade chlorinated organic pollutants to the biodegradable stage-aliphatic carboxylic acids which could then be economical treated by the biological process. In addition, the mechanism of Pd-Fe/graphene gas-diffusion cathodes is studied in the electrochemical reduction and oxidation processes. Electrochemical degradation behaviors of chlorinated compounds are systematically investigated by employing analytical techniques of LC-ESI-MS/MS, ESR and time-resolved Raman spectroscopy, to explore the mechanism of the simultaneous oxidation of anode and cathode.

针对在高级氧化工艺处理氯代有机污染物过程产生有高毒性含氯中间产物的问题,本研究将电化学还原-氧化耦合技术应用到难降解氯代有机污染物处理领域,以石墨烯作为载体可控合成Pd-Fe/石墨烯多功能催化剂,开发研制出在水溶液介质中既能高效产生H2O2又具有强还原脱氯作用的新型Pd-Fe/石墨烯气体扩散阴极,使氯代有机污染物在阴极还原作用下脱氯去毒,脱氯后的有机物通过阳极氧化和强氧化性阴极还原产物的共同作用下降解到有机酸阶段,有利于后续生物处理。这一结合充分发挥了还原、氧化的优势,既避免了脱氯去毒不完全的问题,又实现了氯代有机污染物完全矿化的最终目标。借助于LC-ESI-MS/MS、ESR、时间分辨拉曼光谱等现代分析技术,考察氯代有机物的电化学阴极还原脱氯及其脱氯后的氧化降解行为,从微观和宏观角度探索电化学还原-氧化工艺降解氯代有机物机理和动力学,为电化学处理技术的工业应用提供理论指导和技术支持。

项目摘要

为解决在高级氧化工艺处理氯代有机污染物过程中有高毒性含氯中间产物存在的问题,本研究将电化学还原-氧化耦合技术应用到难降解氯代有机污染物处理领域,以石墨烯作为载体来可控合成Pd-Fe/石墨烯多功能催化剂,开发研制出新型在水溶液介质中既能高效产生H2O2又具有强还原脱氯作用的Pd-Fe/石墨烯气体扩散阴极,使氯代有机污染物在阴极还原作用下脱氯去毒,脱氯后的有机物通过阳极氧化和阴极还原产物的氧化共同作用下处理有机酸阶段,有利于后续生物处理。这一结合充分发挥了还原、氧化的优势,既避免了脱氯去毒不完全的问题,又实现了氯代有机污染物完全矿化的最终目标。.采用改进的Hummer法制备的氧化石墨为载体,光还原法制备不同含量比例的金属/石墨烯催化剂,利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、X光电子能谱和原子力显微镜进行分析表征,并采用电化学性能测试(循环伏安曲线、差分脉冲伏安曲线、电流-时间曲线)进行性能测试,优选出Pd0.5Fe0.5/石墨烯催化剂并制备出Pd-Fe/石墨烯多功能催化阴极。.在设计的双阴极单阳极的三电极体系下对4-氯酚进行降解。采用单因素法及响应面法中心组合设计,研究电解质浓度、电流密度、初始pH、反应时间等因素对降解效率的影响,得出在初始pH为7,电解质浓度为0.03 mol/L,电流密度为25 mA/cm2,通气方式采用前60 min通氢气后60 min通空气的条件下,降解效果最好。对降解反应进行一级反应动力学研究,得出总的电催化动力学方程。.在最佳降解条件下降解4-氯酚(100 mg/L),利用TOC测定仪、高效液相色谱和离子色谱对4-氯酚降解效果及中间产物进行测定。三电极体系阳极室、阴极室1和阴极室2中4-氯酚的降解率分别为94.0%,95.9%和95.4%。根据阴阳极室产生的中间产物推导动力学模型,实验数据点与模型达到较好的拟合。利用发光细菌法测定中间产物的毒性值,根据毒性值和浓度计算得到理论计算毒性,利用SPSS软件对2种毒性值进行相关性分析,相关性系数为1,表明2种毒性值显著相关。阳极室降解过程中毒性先升高后降低,阴极室毒性呈下降的趋势。.在最佳降解条件下利用三电极体系降解模拟造纸废水,对降解过程中4-氯酚的降解率、废水COD及毒性进行测定。三电极体系对模拟造纸废水中氯酚具有较强的降解作用和较好的脱毒效果。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2022.10.026
发表时间:2022
3

氯盐环境下钢筋混凝土梁的黏结试验研究

氯盐环境下钢筋混凝土梁的黏结试验研究

DOI:10.3969/j.issn.1001-8360.2019.08.011
发表时间:2019
4

钢筋混凝土带翼缘剪力墙破坏机理研究

钢筋混凝土带翼缘剪力墙破坏机理研究

DOI:10.15986/j.1006-7930.2017.06.014
发表时间:2017
5

格雷类药物治疗冠心病疗效的网状Meta分析

格雷类药物治疗冠心病疗效的网状Meta分析

DOI:10.12092/j.issn.1009-2501.2018.03.010
发表时间:2018

王辉的其他基金

批准号:90716018
批准年份:2007
资助金额:74.00
项目类别:重大研究计划
批准号:51305318
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11374214
批准年份:2013
资助金额:89.00
项目类别:面上项目
批准号:51104020
批准年份:2011
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:U1733128
批准年份:2017
资助金额:34.00
项目类别:联合基金项目
批准号:11374267
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:21905262
批准年份:2019
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81303143
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41104058
批准年份:2011
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51575310
批准年份:2015
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:21706111
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30972755
批准年份:2009
资助金额:23.00
项目类别:面上项目
批准号:81860424
批准年份:2018
资助金额:35.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:81000937
批准年份:2010
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61503417
批准年份:2015
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61574161
批准年份:2015
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:31260155
批准年份:2012
资助金额:50.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:41201224
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:20903012
批准年份:2009
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51005164
批准年份:2010
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61603375
批准年份:2016
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30872860
批准年份:2008
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:31560458
批准年份:2015
资助金额:40.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:11872068
批准年份:2018
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:51343007
批准年份:2013
资助金额:15.00
项目类别:专项基金项目
批准号:61501422
批准年份:2015
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71771224
批准年份:2017
资助金额:49.00
项目类别:面上项目
批准号:81572036
批准年份:2015
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:51673116
批准年份:2016
资助金额:61.00
项目类别:面上项目
批准号:31860461
批准年份:2018
资助金额:40.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:51676058
批准年份:2016
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:50972150
批准年份:2009
资助金额:35.00
项目类别:面上项目
批准号:11801144
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31170125
批准年份:2011
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:11404097
批准年份:2014
资助金额:30.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10778708
批准年份:2007
资助金额:32.00
项目类别:联合基金项目
批准号:81400517
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51071068
批准年份:2010
资助金额:36.00
项目类别:面上项目
批准号:11226052
批准年份:2012
资助金额:3.00
项目类别:数学天元基金项目
批准号:60477039
批准年份:2004
资助金额:23.00
项目类别:面上项目
批准号:41902074
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11101448
批准年份:2011
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:39500048
批准年份:1995
资助金额:8.50
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11404268
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21576183
批准年份:2015
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:51471070
批准年份:2014
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:71804189
批准年份:2018
资助金额:17.50
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51409154
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31900815
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11102059
批准年份:2011
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41076011
批准年份:2010
资助金额:56.00
项目类别:面上项目
批准号:81471559
批准年份:2014
资助金额:75.00
项目类别:面上项目
批准号:61674052
批准年份:2016
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:71272034
批准年份:2012
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:11874041
批准年份:2018
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:31500845
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30500023
批准年份:2005
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51304254
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11472099
批准年份:2014
资助金额:90.00
项目类别:面上项目
批准号:71872005
批准年份:2018
资助金额:48.00
项目类别:面上项目
批准号:71671007
批准年份:2016
资助金额:45.60
项目类别:面上项目
批准号:81470682
批准年份:2014
资助金额:73.00
项目类别:面上项目
批准号:60506001
批准年份:2005
资助金额:29.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41771159
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:71032001
批准年份:2010
资助金额:160.00
项目类别:重点项目
批准号:81303292
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60776035
批准年份:2007
资助金额:36.00
项目类别:面上项目
批准号:81341075
批准年份:2013
资助金额:10.00
项目类别:专项基金项目
批准号:30670910
批准年份:2006
资助金额:8.00
项目类别:面上项目
批准号:41371319
批准年份:2013
资助金额:75.00
项目类别:面上项目
批准号:51362027
批准年份:2013
资助金额:51.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:50501009
批准年份:2005
资助金额:32.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81402741
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51373188
批准年份:2013
资助金额:85.00
项目类别:面上项目
批准号:40801107
批准年份:2008
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81871309
批准年份:2018
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:51775398
批准年份:2017
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:61601166
批准年份:2016
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61873289
批准年份:2018
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
批准号:60877002
批准年份:2008
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:51478052
批准年份:2014
资助金额:83.00
项目类别:面上项目
批准号:31700191
批准年份:2017
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21102017
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81802961
批准年份:2018
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30901542
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51801194
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61905292
批准年份:2019
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31200309
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21203231
批准年份:2012
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81571202
批准年份:2015
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:81403373
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61176125
批准年份:2011
资助金额:74.00
项目类别:面上项目
批准号:70672010
批准年份:2006
资助金额:22.00
项目类别:面上项目
批准号:40576012
批准年份:2005
资助金额:42.00
项目类别:面上项目
批准号:60976045
批准年份:2009
资助金额:48.00
项目类别:面上项目
批准号:81371856
批准年份:2013
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:41774111
批准年份:2017
资助金额:67.00
项目类别:面上项目
批准号:31400297
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51478232
批准年份:2014
资助金额:78.00
项目类别:面上项目
批准号:11874429
批准年份:2018
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:41604064
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41601198
批准年份:2016
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31871577
批准年份:2018
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:51205221
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61574090
批准年份:2015
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:31672648
批准年份:2016
资助金额:53.00
项目类别:面上项目
批准号:81273241
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:51577109
批准年份:2015
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:30971571
批准年份:2009
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:10974135
批准年份:2009
资助金额:44.00
项目类别:面上项目
批准号:81573089
批准年份:2015
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:21806017
批准年份:2018
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60378028
批准年份:2003
资助金额:23.00
项目类别:面上项目
批准号:40474021
批准年份:2004
资助金额:32.00
项目类别:面上项目
批准号:81901640
批准年份:2019
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61070247
批准年份:2010
资助金额:35.00
项目类别:面上项目
批准号:61402300
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50807033
批准年份:2008
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41471185
批准年份:2014
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:40531006
批准年份:2005
资助金额:140.00
项目类别:重点项目
批准号:51106038
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41301160
批准年份:2013
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

阴极还原脱氯-阳极电化学氧化耦合催化降解酚类有机污染物效能与机理

批准号:51478014
批准年份:2014
负责人:孙治荣
学科分类:E1002
资助金额:86.00
项目类别:面上项目
2

生物阴极加速氯代烃污染物还原脱氯及作用机制

批准号:31400104
批准年份:2014
负责人:李智灵
学科分类:C0106
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
3

用于氯代有机污染物脱氯降解的纳米铝基双金属材料制备及其还原机理研究

批准号:21177089
批准年份:2011
负责人:杨波
学科分类:B0604
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
4

降解氯代有机物的多功能载钯电极制备及其还原氧化耦合作用机制研究

批准号:20903012
批准年份:2009
负责人:王辉
学科分类:B0205
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目