电吸附调控-光催化氧化降解不透光污染体系的方法与协同机制

针对传统光催化氧化难以处理高色度、不透光污染体系的局限性，提出了电吸附调控-光催化氧化的协同降解方法。设计制备出具有高比表面积和导电性能、兼备电吸附功能和光催化活性的TiO2/碳气凝胶CA电极材料。研究将着重从"表面微观结构特性-电吸附调控功能-光催化氧化"的构效关系和光电原理，系统地阐明电吸附-光催化氧化的协同作用机制。明晰电吸附作用对于不透光污染体系光催化氧化的增强效应，光催化氧化协同作用下污染物的电吸附动力学特征和规律。在此基础上，利用不同污染物在高比表面、微孔结构电极表面的电吸附差异，结合电极电位控制方法，探索电吸附调控的选择性光催化氧化新方法和原理。解析不同化学特性的染料分子在电极表面选择性反应的中间产物和机理。这一思想新颖，除本课题组前期研究成果外，未见类似的研究报道。研究工作将拓展光催化氧化的应用范围，为探索绿色高效的污染控制方法开辟新思路，具有重要的科学研究意义。

本项目在国家自然科学基金的资助下，针对传统光催化氧化难以处理高色度、不透光污染体系的局限性，以比表面积高、吸附性强、导电性好的碳气凝胶CA为电极基体，设计制备出了一系列兼备优异的电吸附功能和光催化活性的一体化电极材料，建立并研制出电吸附调控-光催化氧化降解环境污染物的若干新方法；细致地阐明了电吸附-光催化氧化的协同作用机制，以及光催化氧化协同作用下污染物的电吸附动力学特征。. 项目取得了一系列较系统、有创新性的研究结果。制备出比表面积达2400m2/g的块状碳气凝胶，具有超大比表面、高电导性、连续三维网络结构、有型块体等优点，非常适合作为电化学吸附环境污染物处理的功能电极材料。在此基础上，成功研制出一种新颖的TiO2/CA电极，不仅电吸附性能优异，且具有很好的紫外光催化活性，只需施加一偏压，采用电吸附-光催化氧化一体化方法，就能使高色度、不透光的亚甲基蓝、蒽醌等高浓度染料废水得以高效降解处理，染料分子矿化彻底，去除速率快，且更为节能。. 同时，研究提出了一种富氧环境下分子氧原位引发的电吸附增强可见光电催化氧化新方法，巧妙利用CA作为阴极在其表面原位高效产生H2O2，并与TiO2形成具有可见光催化活性的过氧化钛中间产物，在简单的空气爆气或通氧下，实现了可见光催化降解处理有机苯胺、2,4,6-三氯苯酚等有毒污染物；进一步构筑了一种本身兼备电吸附功能和可见光催化活性的Cu2O/TiO2/CA新颖电极，同样可实现电吸附-可见光催化氧化的功效。. 项目进一步研制出一种绿色节能的电吸附增强-电Fenton氧化（ES-F）新方法，并应用于高浓度杀虫剂吡虫啉、甲霜灵等难生化降解污染物处理。以混合价态的铁氧化物作为Fenton催化剂，构筑了具有电吸附和Fenton催化氧化双功能的复合阴极材料FeOx/ACA。研究发现，ES-F新方法与传统的Fenton方法相比，不仅矿化电流效率显著提高，更节能高效，更重要的是，能在宽pH范围内工作，中性条件下能保持非常好的稳定性。电吸附功能与电Fenton氧化之间的协同作用得到充分的证实。. 课题组已顺利地完成了项目计划中的任务，取得了丰硕的成果。发表SCI论文29篇，其中影响因子3.0以上论文23篇，包括4篇ES&T.、3篇Appl. Cataly. B: Environ.、7篇 J. Phys. Chem.等论文。