重金属络合物的电芬顿氧化破络与多物种协同去除作用机制

Heavy metal complexes cannot be efficiently removed by the conventional methods. In the current work, Cu/Ni-EDTA and Cu/Ni-CN were selected as targeted contaminants for electro-Fenton treatment.Firstly, iron species including ferrious,ferric, and complex iron will be identified as well as their transformation behavior;the generation of active radicals in the electro-Fenton process will be analyzed; the kinetics of oxidation decomplexation of metal complexes will be investigated and intermediates will be identified. Based on the above results, a degradation pathway of metal complexes will be proposed. Following, the iron speceies including colloid and particulate states generated in the presence of complexes will be investigated to explore their chemical composition, physical and electrochemical characteristics; their contribution to the metal ions removal will be explored. Next,enhanced production and utilization of active species by an adjustment of the electro-Fenton process will be studies in details. Finally, combined with the toxic analysis, safe and efficient electro-Fenton process and method will be built for the removal of heavy metal complexes. Obtained results in the current work will not only add some information in the filed of application of the Fenton and electrochemical process in water treatment but also provide basic support for the treatment of the heavy metal wastewater.

低浓度重金属络合物的有效去除是重金属废水处理的难点。本项目围绕电芬顿处理Cu/Ni-EDTA与Cu/Ni-氰化物两类典型重金属络合物过程中的关键科学问题开展研究。首先详细分析在EDTA/氰化物存在下电芬顿过程中亚铁、铁离子、有机结合态铁的生成及转化特点，定性定量分析羟基、超氧、活性氯等活性自由基，探究电芬顿反应过程与机制；分析重金属络合物的氧化破络动力学，识别降解中间产物，推测其降解途径，阐明其氧化破络合过程。其后，研究络合物存在条件下生成的胶体态与颗粒态铁的化学组成、物理性质及电荷特性，揭示重金属的絮凝、吸附及共沉淀去除作用机制。继而，研究基于自由基、胶体态/颗粒态铁等活性物种高效生成及利用的电化学调控方法。在上述研究基础上，提出安全与高效去除重金属络合物的电芬顿技术原理与方法。本项目研究成果将丰富芬顿与电化学净水理论，为解决重金属废水治理难题提供基础性支持。

重金属络合物广泛存在于电镀工业废水中，具有毒性大、污染范围广，和难处理等特点。本项目围绕电芬顿处理Cu/Ni-EDTA与Cu/Ni/Ag-氰化物两类典型重金属络合物过程中的关键科学问题开展研究。针对络合态重金属污染物Cu-EDTA，开展了电芬顿氧化破络Cu-EDTA，并通过产生的铁絮体以及铁氧化物的絮凝、吸附以及共沉淀等作用协同去除Cu离子及EDTA的实验研究；针对氰化铜络合物，开展了阳极氧化铜催化和类芬顿氧化协同作用高效降解氰化物的研究，并进一步采用K2S2O8强化电化学氧化去除Cu(CN)32-的研究；针对银氰络合物，开展了将g-C3N4薄膜电极作为阳极在H2O2辅助作用下，光电催化降解银氰络合物同时在阴极和阳极回收银的研究。结果表明，K2S2O8/H2O2协同电芬顿氧化作用可有效氧化水中重金属络合物，同时重金属在阴阳极回收。该项目详细分析了在EDTA/氰化物存在下电芬顿过程中亚铁、铁离子、有机结合态铁的生成及转化特点，定性定量分析了羟基、超氧、活性氯等活性自由基，探究了电芬顿反应过程与机制；分析了重金属络合物的氧化破络动力学，识别了降解中间产物，推测了降解途径，阐明了其氧化破络合过程。其后，研究了络合物存在条件下生成的胶体态与颗粒态铁的化学组成、物理性质及电荷特性，揭示了重金属的絮凝、吸附及共沉淀去除作用机制。继而，研究了基于自由基、胶体态/颗粒态铁等活性物种高效生成及利用的电化学调控方法。在上述研究基础上，提出了安全与高效去除重金属络合物的电芬顿技术原理与方法。本项目在Environ Sci Technol、Appl Catal B-Environ等杂志发表SCI收录论文17篇；获授权专利3项，培养博士后和硕士研究生共7名，项目成果在相关企业得到应用。本项目研究成果丰富了芬顿与电化学净水理论，为解决重金属废水治理难题提供了基础性支持。