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电化学高级氧化去除水环境中痕量六六六

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摘要

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.1.1 持久性有机污染物(POPs)引发的环境问题

1.1.2 我国城镇污水处理过程中POPs的去除情况

1.1.3 我国城镇污水厂中水回用过程中POPs污染引发的环境问题

1.1.4 国内外对POPs引发的环境污染问题的重视

1.2 水环境中BHC研究现状

1.2.1 BHC简介及其危害

1.2.2 我国水环境介质中BHC的残留状况

1.2.3 水环境中BHC降解技术研究现状

1.3 电化学高级氧化技术研究及应用

1.3.1 电化学高级氧化的技术原理

1.3.2 电化学水处理技术的研究现状

1.3.3 电化学水处理技术的应用现状

1.4 研究目标、方法、技术路线及意义

1.4.1 研究目标

1.4.2 研究方法

1.4.3 技术路线

1.4.4 研究意义

第二章 电极的制备及降解性能测试

2.1 实验仪器及试剂

2.1.1 实验仪器

2.1.2 实验药品

2.2 电极制备

2.2.1 基体选择及预处理

2.2.2 中间层的制备

2.2.3 阳极电沉积PbO2

2.3 电极性能测试

2.3.1 电极的扫描电镜分析

2.3.2 电极表面XRD分析

2.3.3 电极析氧电位分析

2.3.4 亚甲基蓝降解实验

2.4 本章结论

第三章 水中痕量BHC电化学降解方法研究

3.1 实验材料与方法

3.1.1 电极的制备与电化学实验平台的搭建

3.1.2 标准样品及试剂

3.1.3 水样中BHC的提取及方法回收率

3.1.4 气相色谱分析

3.2 不同影响因素对电化学降解速率的影响

3.2.1 电流密度

3.2.2 降解时间

3.2.3 初始pH值

3.2.4 电解质浓度

3.2.5 温度

3.3 总有机碳(TOC)去除效果

3.4 本章结论

第四章 应用研究

4.1 实验材料与方法

4.1.1 电极的制备与电化学实验平台的搭建

4.1.2 标准样品及试剂

4.1.3 水样中有机物的提取方式

4.1.4 气相色谱分析

4.1.4 GC-MS分析

4.2 降解效果研究

4.2.1 水中BHC去除效果

4.2.2 其他POPs去除效果

4.3 本章小结

第五章 结论及展望

5.1 主要结论

5.2 研究创新点

5.3 研究不足及展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间获得成果

学位论文评阅及答辩情况表

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摘要

持久性有机污染物(Persistent Organic Pollutants,POPs)因其具有持久性、生物富集性、半挥发性和高毒性。六氯环己烷(Benzene Hexachloride,BHC)是持久性有机污染物的一类,也是发现和应用最早的有机合成农药,主要包括α-BHC,β-BHC,γ-BHC和δ-BHC等同分异构体。由于BHC具有极佳的杀虫效果,使粮食产量得到了极大的提高,有机氯农药便在农业领域得到了广泛的应用,由此也造成它们在环境中长期存留,并可通过土壤、大气、水体等环境介质的进入到粮食、蔬菜等农作物及动物体内,继而通过食物链进入人体并积累,极大危害了人类健康,已成为当今国内外研究的热点。
   现有的BHC降解技术主要有高级氧化技术及微生物厌氧处理等技术,但由于微生物厌氧处理技术存在反应周期长、微生物菌种难以驯化等不足,研究选择相对较为快速的高级氧化技术作为水环境中BHC的降解技术。高级氧化技术包括光催化氧化、高级化学氧化、超临界高级氧化、湿式氧化、电化学氧化、声化学氧化等。通过方法优劣对比,研究选用具有高效且易操作的电化学氧化技术开展水环境中的BHC进行降解技术研究。
   因此,本文依托山东省环保产业研发项目《小城镇污水处理过程中POPs深度处理技术及工程示范》,以BHC为研究目标物,从高性能Ti基体PbO2的制备着手,逐步开展水中痕量BHC电化学降解方法研究及应用性研究。其主要研究内容如下:
   (1)采用先制备中间层,再电沉积PbO2的方法制备了Ti基体PbO2阳极,其XRD分析结果表明,该电极的表面活性层主要为β-PbO2;SEM分析表明表明,由于电极活性层晶胞分布粗糙度较大,增大了电极作用的比表面积,有效的提高了电极催化性能;吸氧曲线测定电极的析氧电位为1.83 Vvs.SCE,优于直接采用电沉积法(析氧电位为1.80 Vvs.SCE)制备的电极。
   (2)通过单因子变量实验得出:在相同时间段内,在一定范围内随着电流密度的增大降解率成上升趋势。亚甲基蓝的最优降解条件为:pH=6,电解质浓度5.0 g/L,电流密度5×10-2 A/cm2,亚甲基蓝1小时的降解率可达99%。
   (3)应用PbO2/Ti电极为阳极的电化学高级氧化技术可高效去除水环境中的BHCs。通过单因子变量实验,确定电流密度为9 mA/cm2,溶液初始pH为7.0,电解质浓度为5.0 g/L,温度为室温,降解时间为180 min为最佳降解条件。在该条件下,对BHCs的降解率可达88.86%。实验结果表明,TOC的去除率可达89.93%。说明大部分的有机物被直接矿化。由此可知,研发的电化学氧化技术对水环境中的BHCs有很好的去除效果,且不产生二次污染。
   (4)应用研究表明,电化学高级氧化技术对实际水样中的BHC及PAHs均有具有良好的去除效果。

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