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摘要：本实验以PbO2/Ti为阳极，不锈钢板为阴极，以表面去胶处理后的炭纤维颗粒作为粒子电极和表面负载TiO2的炭纤维颗粒作为绝缘材料填入含有LED微型光源的二维平板电极中制成三维电化学反应器。比较反应器在光，电，磁场辅助电催化及光电协同条件下对苯酚废水的处理效果。实验表明，光电协同催化对苯酚的处理效果优于电催化、光催化以及磁场辅助电催化对苯酚的处理效果，处理120min后对苯酚的降解率高达95%。69304
关键词： TiO2 光电协同 三维电极 苯酚废水
Photoelectric coordination of phenol wastewater treatment research
Abstract: This experiment took Ti/PbO2 as anode, stainless steel plate as cathode, and the carbon fibers stripping with the surface treatment and the carbon fiber particles loading TiO2 particles to its surface were filled into the two-dimensional tablet containing LED mini light, so the three-dimensional electrode electrochemical reactor was made. Comparing effect of reactor which was under light, electricity, photoelectric synergy and magnetic field assisted electrocatalysis conditions on the phenol wastewater treatment. It was showed that the effect on the phenol wastewater treatment with photoelectric concerted catalysis is superior to which was with the single electric catalysis, optical catalysis and magnetic field assisted electrocatalysis, and the rate of phenol degradation was as high as 95% after 120 minuts.
Keyword: TiO2 Photoelectrocatalytic Three-dimensional electrode Phenol Wastewater
1.前言
近年来，水污染给我国经济和社会带来了巨大的影响，严重危害了人民健康、制约着地方经济和社会发展。全国每年废水排放总量700多亿吨。其中，工业废水排放量200多亿吨、城镇生活污水排放量500多亿吨。
传统的污水处理方法主要有物理方法、生物方法和化学方法三大类。其中，物理方法处理污水已经形成较为完备的体系，很难再有创新。生物方法[1]处理污水的基本思路就是利用微生物的生理作用处理水中的污染物质，以达到净化污水的效果，而对于含有高污染和有毒有害物质的污水微生物难以生存进而难以用生物方法进行处理[2]。化学方法因其特有的优势在污水处理中具有广阔的应用前景。传统的化学方法处理污水除了在废水中投加化学药剂与污染物发生氧化还原反应以达到处理效果外，应用比较广泛的就属电化学方法。其方法主要利用电极反应过程中产生的羟基自由基，进行有机污染物的降解[3]。
传统的电化学反应是利用二维平板电极加以反应，但其表面积小，电流效率低，处理量少等缺点制约着二维平板电极在废水处理中难以发挥电化学催化的优势。为解决二维电极的困境，三维电极应运而生。三维电极是在传统的二维电极之间填充活性炭、石墨等粒状或碎屑状物质的电极材料，使之成为两极板之间的第三级，形成了三维电极[4]。这些填充粒子在主电场的作用下发生复极化[5]从而使其变成一个个独立的电解单元进行表面电催化，极大地缩小了传质距离而提高电催化效率。三维电极体系中往往存在旁路、反应及短路三种电流[6]。实际应用中往往需要增大反应电流，最大可能降低短路电流。因此当采用活性炭等阻抗较小的材料作为粒子电极时，必须在粒子电极之间加入绝缘粒子来降低短路电流的不利影响，但这会造成反应空间的浪费，不利于提高时空产率。
1972年，Fujishima 和Honda 在半导体TiO2电极上发现了水的光催化分解作用[7]，揭开了光催化处理污水的序幕。此后，纳米TiO2因具有较好的光催化活性、化学稳定性高等诸多优点，被广泛应用于污水处理和空气净化等领域，成为材料学中的研究热点 [8,9]。TiO2的负载化是TiO2光催化得以在各领域应用的重要条件，其负载方法也有相关报道[10]。而将TiO2负载在活性炭上作为绝缘颗粒填入三维电极体系电极材料之中，再加入内部光源形成可进行光催化的三维电极光电催化反应体系，这样既可以同时进行光催化，又起到了充当绝缘粒子的作用，同时可以加大整个反应体系的废水处理效率，是当前电化学领域研究的热点。论文网