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《工程(英文)》 >> 2023年 第30卷 第11期 doi: 10.1016/j.eng.2023.02.005
H2O2的高效电合成及其电Fenton在难降解有机物降解中的应用
a School of Environmental Science and Engineering, Key Laboratory of Thin Film and Microfabrication Technology (Ministry of Education), Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
b Shanghai Institute of Pollution Control and Ecological Security, Shanghai 200092, China
摘要
O2还原反应原位电合成H2O2的利用为难降解废水的传统芬顿处理提供了一种有前景的替代方案。然而,氧气传质效率低、阴极催化剂选择性差以及电子传递动力学缓慢仍然是其主要的工程障碍。在此,我们基于新型ZrO2/CMK-3/PTFE阴极的制备,提出了一种系统解决方案,旨在高效电合成H2O2并将其应用于电芬顿降解难降解有机物。采用聚四氟乙烯作为疏水改性剂以增强电极的O2传质,采用ZrO2对电极进行亲水改性以增强O2还原的选择性及电子传递,采用介孔碳CMK-3作为催化剂基底以提供催化活性位点。此外,还设计了一O2扩散室,以强化O2从疏水层向亲水层与反应界面的接触。研究结果表明,与相同条件下的传统气体扩散阴极相比,所制备的ZrO2/CMK-3/PTFE阴极的H2O2产率提高了约7.56倍。在−1.3 V vs. SHE(对应的电流密度为−252 mA·cm−2),H2O2的产率和法拉第效率分别高达125.98 mg·cm−2·h−1 (5674.04 mmol·g−1·h−1)和78.24%。高的H2O2产率确保了系统中充足的•OH产生,进而实现了优异的电芬顿性能,使难降解有机物的降解效率超过96%。这项研究基于原位高效电合成H2O2,为利用电芬顿技术高效处理难降解废水提供了一种新颖的工程解决方案。
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