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氯酚类物质广泛应用于化工,农药,染料等行业,具有强毒性,难易降解、分布广、稳定性强的特点,由于工业废水的处理不当,大量的氯酚类物质排放到自然环境中,威胁着自然生态系统和人民生命健康。但是一般处理氯酚废水的工艺,如吸附法,生物法、化学法等都有着处理效率较低,存在二次污染等缺点。近年来,针对氯酚类物质还原脱氯被广泛研究,例如零价铁还原,催化剂还原以及电催化还原等。其中,电催化还原技术由于其具有高效,低耗,易于调节和无二次污染的优点得到了广泛的关注。由于金属钯能够保留具有强还原势能的高度活化的中间原子H*,钯修饰电极显示出较好的电催化还原脱氯的效果,为了使电极具有更好的活性和稳定性,在钯电极中掺入其他金属构建双金属体系是一种行之有效的方案。本文针对氯酚类物质,研制了具有良好电催化还原活性和稳定性的电极,在电催化4-氯酚和2,4-二氯酚的实验中,对比该电极和其他电极的处理效果,探究了不同反应条件的影响,分析了降解机理,并在多批次实验中验证了电极的稳定性。本文的主要研究结论如下所述:(1)使用具有三维结构的石墨毡作为基底,通过预处理增强其表面的亲水性,然后通过电沉积法将多壁碳纳米管负载于其上作为骨架,后通过分步沉积的方式先后将金属镍和金属钯负载于电极表面,制备了一种具有高活性高稳定性的三维碳基双金属电极—Pd-Ni/MWCNTs/GF电极。SEM证实电极具有很高的比表面积和透水性,镍钯镀层均匀沉积,表面较为光滑,且金属具有良好的分散性,而TEM可以看出金属颗粒均匀的分散在碳纤维上,它们的直径在10-20 nm之间。通过EDS、XPS和XRD证实双金属均是以零价态的形式负载于电极表面,金属钯以(111)晶面为主,电极表面镍与钯的比例为2.56:0.91。在循环伏安实验中,Pd-Ni/MWCNTs/GF电极相比于单金属电极,表现出了更低的还原电位,更高的电流响应,其具有更好的电催化还原活性。(2)使用Pd-Ni/MWCNTs/GF电极电催化还原4-氯酚,并分析了其主要产物为苯酚和氯离子,副产物极少,当反应时间为30分钟,电流为60 mA时,4-氯酚的去除率为100%,反应速率为0.162 min-1,电催化还原4-氯酚反应均符合准一级反应动力学。对比了其他电极,双金属Pd-Ni/MWCNTs/GF电极具有更高的反应活性,对于4-氯酚的还原脱氯效果更好。Pd-Ni/MWCNTs/GF电极电催化还原4-氯酚在60 mA具有最佳的反应效果,当电流过高时析氢反应会降低电催化还原反应速率,对比不同工作电流在反应体系下的能量利用情况,电流效率呈先增大后减小的趋势。不同初始pH下,酸性条件有利于4-氯酚的还原,并且不会使电极上的金属流失。通过自由基屏蔽实验,机理分析发现氢自由基的间接还原在反应中发挥了接近三分之二作用。而在多批次实验中,证实了双金属电极相比于单钯金属能够保持较长的反应活性,并且具有更好的稳定性。(3)通过产物分析发现在2,4-二氯酚的电催化还原中,对位的氯基更容易被脱去,在形成2-氯酚后再被还原为苯酚,其反应速率为0.0443 min-1。与不同电极的对比中,Pd-Ni/MWCNTs/GF电极仍然表现了最高的反应活性,碳纳米管的掺入和双金属的负载均对反应活性有所提升。在不同电流对于反应影响的实验中,发现电催化还原2,4-二氯酚相比于单氯酚需要更高的电流,在100 mA具有最佳的反应效果。而初始溶液pH的影响与4-氯酚的实验结果一致,随着溶液初始pH的上升2,4-二氯酚的反应速率下降且呈线性关系。间接还原在电催化还原2,4-二氯酚中占主导作用,两个氯基的存在使得电催化反应更难发生,而具有更强还原效果的氢自由基间接还原在其中起了更大的作用。SEM图显示在多次反应之后金属在电极表面上发生了团聚,这些颗粒会在电化学反应中降低电极的催化活性,这一问题会限制材料的长期使用。(4)在氯酚废水的处理中,电催化还原氧化的工艺对于有机物的降解效果最佳。并且可以证实还原工艺有利于降低废水的毒性,但是氧化工艺会生成副产物使废水的毒性升高,而电催化还原氧化工艺最适合处理氯酚废水。通过比较,自制的Pd-Ni/MWCNTs/GF阴极的效果要优于钛板和石墨毡电极。综合考虑氯酚废水处理后污染物的降解效果及电能消耗,电催化还原氧化处理氯酚废水的电催化还原时间为1h,电流密度为10 mA/cm2。