论文部分内容阅读
电-芬顿氧化体系是近几年来兴起的一种高级氧化技术。由于传统的电-芬顿阴极材料存在催化能力有限,pH值适用范围较窄,Fe2+再生困难等缺点,因此电-芬顿阴极材料的研究引起了众多研究者的关注。由于石墨烯气凝胶具有高孔隙率、高比表面积及优异的导电性能等特点,本论文采用还原自组装法和冷冻干燥法制备了石墨烯气凝胶（GA）,以石墨烯气凝胶为载体将其分别与Fe、Cu、Fe/Cu双金属共同掺杂负载,采用水热还原法及自然干燥法成功制备了金属Fe掺杂石墨烯气凝胶（Fe-GA）、金属Cu掺杂石墨烯气凝胶（Cu-GA）、双金属Fe/Cu共掺杂石墨烯气凝胶（Fe/Cu-GA）。通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、拉曼光谱（Raman）、X射线光电子能谱分析（XPS）等对GA及改性GA的结构及性质进行了表征,说明GA及金属掺杂GA具有良好的催化性能。将所制备的GA、Fe-GA、Cu-GA、Fe/Cu-GA分别作为电-芬顿阴极,利用GA本身具备的电吸附性能及金属之间的协同作用,获得高催化活性的电阴极材料,最终实现改性石墨烯气凝胶电极对传统电-芬顿中的应用pH值范围的扩大、H2O2产率的提高及降解有机物矿化能力的改良。结果表明,1)将GA作为电-芬顿阴极材料处理罗丹明B时,在pH=3,电流密度为30 mA/cm2,Fe2+浓度为15 mmol/L时,降解率达到了98%,同时,COD的去除率达到79%。在同样条件下,对环丙沙星的降解率达到90%,对COD的去除率达到73%。在电-芬顿连续降解过程中,降解罗丹明B 6次后,降解率仅从98%降到93%,表明了GA阴极良好的稳定性。2)将改性后的Fe-GA作为电-芬顿阴极材料处理罗丹明B时,不仅在pH=3时,降解率可达到99%,而且在pH=8时,降解率高达到96%。在电-芬顿连续降解过程中,降解8次后,降解率仅从99%降到91%。3)将改性后的Cu-GA作为电-芬顿阴极材料处理罗丹明B时,在最佳pH=3时,降解率可达到97%,将pH值调到8时,降解率高达到93%。连续降解8次后,降解率仅从97%降到85%。通过将掺杂金属改为铜,可有效地改善电-芬顿系统产生铁泥的问题。4)改性过后的Fe/Cu-GA在pH值为3-8的范围内对罗丹明B具有很好的氧化效能,在最佳pH值为3下,其对罗丹明B的降解率高达99%以上。其良好的氧化效率源于Fe/Cu-GA在电-芬顿体系中Cu（II）的强化作用。由于Cu（II）和Fe（II）的掺杂使得在阴极反应产生的H2O2能原位与Cu（II）和Fe（II）可以与阴极产生的H2O2原位发生反应,且Fe（III）/Fe（II）与Cu（II）/Cu（I）在电-芬顿反应体系中具有协同作用,相比较Fe-GA和Cu-GA而言,不仅有Cu（II）/Cu（I）和H2O2反应生成·OH,而且Cu（II）/Cu（I）还可以促进Fe（III）/Fe（II）的循环,加快芬顿体系中的Fe（II）循环,使得·OH的释放速度提高,从而提高氧化降解有机物的速率。