可见光光电催化/电Fenton耦合双池氧化系统构建及其典型农药污染物降解特性

光催化的低量子效率和Fenton催化氧化的高成本一直制约着它们的大规模应用。研究表明，外加电路能带走光催化系统产生的电子，从而抑制光生电子-空穴的复合提高光催化氧化效率；而电-Fenton可通过电子还原阴极吸附的氧气获得电生双氧水来降低Fenton催化氧化的成本。本项目提出将可见光光电催化与电-Fenton技术耦合起来构建一个新型高效双池氧化系统，旨在将阳极池可见光光电催化产生的光电子提供给阴极池电-Fenton系统还原阴极吸附的氧气产生双氧水，提高可见光光催化量子效率和整体电流效率；并通过阳、阴极池的分离避免电-Fenton系统中阴极产生的双氧水等还原产物在阳极上的氧化，提高双氧水的利用效率；还同时实现阳极和阴极降解污染物的功能。本项目还将系统研究可见光光电催化和电-Fenton系统的耦合特征及耦合系统中阴、阳池降解典型有机农药污染物的特性，为该系统污水治理应用奠定基础。

本项目利用 Bi2WO6/FTO 作为光阳极，负载有 Fe@Fe2O3 纳米线的活性炭纤维为阴极(Fe@Fe2O3/ACF)，设计出新颖的可见光光电催化/电-Fenton 耦合双池氧化系统，比较了双池耦合系统和单池耦合系统降解有机污染物的能力。为了获得高性能可见光响应光阳极，我们发展了自掺杂的方法来提高光电双池氧化系统的阳极材料Bi2WO6的氧化性能，发现铋的自掺杂能促进了可见光下Bi2WO6生成超氧负离子，从而加快五氯酚的脱氯过程，快速实现五氯酚的深度氧化；我们还系统研究了光电双池氧化系统的阴极组分Fe@Fe2O3纳米线活化分子氧机理，揭示了Fe@Fe2O3纳米线的双途径活化分子氧机理，发现亚铁离子、二乙基三胺五乙酸和四聚磷酸根等能促进双途径分子氧活化生成更多活性氧物种，加速三嗪类除草剂脱氯和侧链烷基，籍此结果设计出基于四聚磷酸根活化分子氧增强型电-Fenton氧化系统，并研究其降解除草剂阿特拉津的特性；进一步设计和研究了金刚石(BDD)| Fe@Fe2O3/ACF电化学氧化系统，发现Fe@Fe2O3纳米线的存在能显著增强该电化学系统低电流矿化阿特拉津的效果。相关研究结果将为利用太阳能治理典型农药污染奠定理论基础。