工学博士学位专业环境工程其他题名ontwo-foroforin英文摘要

工学博士学位专业环境工程其他题名ontwo-foroforin英文摘要

作者

李旭恒

辩护日期

2020-06

文档子类别

博士

颁奖单位

中国科学院生态环境研究中心

颁奖地点

北京

导师

张静

关键词

二维材料、电催化处理含铬废水、含砷废水二、、（Cr）、（As）

学位名称

工学博士

主修学位

环境工程

其他标题

在两个上 for 或 in

英文摘要

铬、砷作为剧毒重金属污染物，严重危害人类健康。 它们主要存在于采矿、冶炼等工业废水和地下水中。 它们以含氧阴离子的形式存在于水环境中，其价态是可变的。 治疗过程复杂。 在电化学处理中，一般是在氧化或还原后去除。 水环境中铬、砷的氧化和还原往往需要高电位，电化学体系中容易发生水电解、氧还原等其他副反应。 电子利用效率降低，导致法拉第效率很低，功耗很高。 二维材料可控可调的表面缺陷和异质界面为电催化原位生产具有氧化还原性能的中间产物提供了可能。 这些中间产品可用于氧化或还原废水中的铬和砷。 因此，采用二维电催化材料作为电极材料有望解决电化学处理铬、砷时因副反应导致的电子利用效率低的问题。 本文。 通过研究制备具有电催化析氢、双电子氧还原等性能的二维电催化材料，应用于废水中铬、砷的电化学处理。 主要研究内容如下：

(1)电沉积法制备二硫化钼薄膜电极的研究

采用电沉积-焙烧法制备二硫化钼薄膜电极。 以氯化锂、氯化钠、氯化钾三种碱金属盐溶液为电解质，制备二硫化钼薄膜电极。 它们具有不同的电催化析氢特性。 表现。 实验结果表明，在相同实验条件下，以氯化锂、氯化钠和氯化钾为电解质时，电催化析氢过电势逐渐增大，电流密度逐渐减小。 其中，由氯化锂制备的用于电催化析氢的二硫化钼薄膜电极的过电势为~100 mV，在交换电流密度为10 mA cm-2时的过电势为~130 mV。 与报道的纯二硫化钼电极相比，其过电位约为100 mV。 性能良好。 研究证明，锂离子和钠离子可以通过顶部缺陷和层间方法嵌入到沉积在电极表面的二硫化钼层之间，而钾离子只能从层间嵌入，影响二硫化钼的相结构。 锂离子、钠离子和钾离子在阴极形成M为Li、Na、K的结构，制备出2H/1T'混合相二硫化钼薄膜电极，使得该电极具有良好的电催化析氢性能。

(2)二硫化钼电极电催化还原六价铬。

废水处理中的六价铬（Cr）通常具有较高的过电势。 因此，析氢和氧还原等副反应会导致电子的过度消耗。 本研究采用电化学沉积-煅烧法制备二硫化钼薄膜电极。 与 Ag/AgCl 相比，不锈钢网基电极可以在 -1.0 V 时还原 Cr(VI)。 实验结果表明，该电极具有双电子氧还原性能，原位生成的过氧化氢在酸性条件下与Cr(VI)发生一系列过程。 反应会减少它。 二硫化钼的2 H/1T'异质结构是电催化双电子氧还原活性位点。 随着煅烧温度的升高，电极产生的过氧化氢的浓度增加。 在700℃下煅烧的二硫化钼薄膜电极可以电催化原位产生过氧化氢，产率高达350μmol·L-1。 此外，该电极在析氢反应（HER）中也表现出良好的电催化活性，可以在电极表面形成原子氢。 在电极表面的厌氧条件下，解吸过程往往会促进 Cr(VI) 的还原。

(3) 部分还原氧化石墨烯促进三价砷的电芬顿氧化

在处理废水中三价砷As(III)的方法中，一般是将其氧化为As(，然后有效去除。本研究采用电泳沉积-煅烧的方法制备了部分还原的氧化石墨烯电极。该电极(RGO@以不锈钢网SSN为阴极，不锈钢网SSN为阳极，形成电化学体系，成功实现了As(III)的高效电芬顿氧化。实验结果表明，该电极具有电催化双电子氧还原性能，并生成了As(III)。 50分钟内原位过氧化氢浓度高达1000μmol·L-1，验证了煅烧后氧化石墨烯表面残留的含氧官能团会导致碳无序和碳缺陷。作为酸性条件下电催化双电子氧还原反应的活性位点，该电极作为阴极，电催化原位生成的H2O2和从阳极溶解的二价铁离子Fe(II)相互反应生成。羟基自由基氧化三价砷。 此外，过氧化氢在RGO@SSN阴极表面分解产生羟基自由基。 自由基还促进 As(III) 的电芬顿氧化。 部分还原氧化石墨烯电极RGO@SSN作为阴极在电芬顿氧化处理废水中有机或无机污染物方面具有广阔的应用前景。

(4)纳米铜促进三价砷的电还原

三价砷的电化学还原不仅可以去除和固化废水中的砷污染物，而且可以回收砷资源。 本研究通过向溶液中引入铜离子来促进三价砷在阴极的电化学还原，并通过电沉积的方法制备铜纳米粒子来促进三价砷的电化学还原。 实验结果表明，溶液中铜离子作为正离子减弱了三价砷含氧阴离子与阴极表面之间的静电斥力，使三价砷迁移到阴极表面进行还原。 此外，铜离子在阴极表面优先被还原，形成与三价砷有强相互作用的亚铜物质，从而在阴极实现三价砷含氧阴离子的电化学还原。 最后，铜和砷共同还原，在阴极表面形成Cu3As合金结构材料。 其结构稳定，Cu3As合金中的砷不会二次溶解，造成二次污染。

页码

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来源网址

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主题

生态环境研究中心_环境水质国家重点实验室

推荐引用方式

GB/T 7714

李旭恒. 二维材料在电催化处理废水中铬、砷中的应用研究[D]. 北京。 中国科学院生态环境研究中心。 2020.