Co-N-MoO2和Fe@CoNC改性石墨毡阴极电芬顿体系处理EDTA-Ni废水的研究

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1、工程硕士学位论文Co-N-MoO2和Fe@Co/NC改性石墨毡阴极电芬顿体系处理EDTA-Ni废水的研究作者姓名张君亚工程领域环境工程校内指导教师陈元彩研究员校外指导教师江栋研究员所在学院环境与能源学院论文提交日期2018年6月ThestudyofCo-N-MoO2andFe@Co/NCmodifiedgraphitefeltcathodeforelectro-FentonremovingofEDTA-NiADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZhangJunyaSupervisor：Prof.C

2、henYuancaiProf.JiangDongSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：X5学校代号：10561学号：201521033007华南理工大学硕士学位论文Co-N-MoO2和Fe@Co/NC改性石墨毡阴极电芬顿体系处理EDTA-Ni废水的研究作者姓名：张君亚指导教师姓名、职称：陈元彩研究员申请学位级别：工程硕士学科专业名称：环境工程论文形式：ꇶ产品研发ꇶ工程设计√应用研究ꇶ工程/项目管理ꇶ调研报告研究方向：水污染控制与修复论文提交日期：2018年6月1日论文答辩日期：2018年6月7日学位

3、授予单位：华南理工大学学位授予日期：2018年月日答辩委员会成员：主席：韦朝海委员：董玉莲汪晓军冯春华杨志泉摘要电镀行业中，乙二胺四乙酸（Ethylenediaminetetraaceticacid，EDTA）作为一种常用的强络合剂，易与有毒重金属镍形成稳定的EDTA-Ni络合物。由于EDTA与镍离子之间较强的络合特性，使得其在环境中可生化性差，能长期稳定存在于环境中。目前常用的传统化学沉淀法比如中和沉淀法，硫化物沉淀法，很难将其完全去除。因此，亟需研发出一种高效的EDTA-Ni处理技术。电芬顿体系由于其阴极原位产生H2O2而受到广泛关注，但阴极材料的选择和改性

4、直接影响了电芬顿体系污染物的降解效率。金属/氮掺杂基体材料可以调控和增加催化剂的电化学活性位点，而且在氮气氛围下煅烧制备的金属有机骨架衍生物能够直接制备金属/氮掺杂碳材料，得到的复合材料不仅保持了原来的骨架结构，还具有优异的氧还原性能。本研究以MoO2和沸石咪唑酯骨架结构材料（Zeoliticimidazolateframeworks，ZIF-67）为前驱体，制备了Co-N-MoO2和Fe@Co/NC作为改性石墨毡阴极的催化剂，构建了Co-N-MoO2改性石墨毡和Fe@Co/NC改性石墨毡两种阴极电芬顿体系，研究了杂原子掺杂后对复合催化剂的基本性质和EDTA-N

5、i降解效果的影响，并开展了相关机理研究，以期为阴极催化剂的改进及处理EDTA-Ni废水提供技术支持和理论依据。本实验以醋酸钴和二氰胺为前驱体，通过热解反应制备非贵金属离子Co/N掺杂MoO2纳米线（Co-N-MoO2），并涂覆在石墨毡阴极，用于电芬顿体系降解EDTA-Ni废水的研究。制备的催化剂通过XRD、XPS和SEM等表征分析证明了Co和N掺杂后引起MoO2晶格的畸变，产生了更多的活性位点；电化学分析表明，Co-N-MoO2表现出优异的氧还原反应性能，低的还原电位（-0.157Vvs.Ag/AgCl），较高的电化学活性面积（EASA:3.917mC·cm-2

6、），在酸性条件下（pH=3）具有最高的环电流，是纯相MoO2的35倍以上；电芬顿体系研究结果表明，在pH=3、应用电流为40mA的条件下，反应120min后，Co-N-MoO2改性石墨毡阴极电芬顿对EDTA-Ni的去除率达到了70.2%，高于空白对照组的43.3%。采用自由基屏蔽实验阐明了在电芬顿体系中，起主要作用的是羟基自由基（•OH）的作用，•OH氧化EDTA-Ni破络，Ni2+通过后续沉淀去除，EDTA被氧化成小分子有机物。虽然在电芬顿体系中阴极改性可以有效提高EDTA-Ni的降解效果，但电解过程中外加亚铁离子会造成后续铁泥处理和pH值限制的问题。为了解决

7、上述问题，本实验以ZIF-67为模版，采用合成前金属掺杂的方法，通过煅烧制备不同铁掺杂量（0%、2.5%、I5%、10%）的金属-氮碳复合材料（Fe@Co/NC），采用SEM、XRD、XPS和电化学分析对催化剂进行表征分析掺杂后结构形貌、元素价态变化情况，并通过涂刷的方式制备Fe@Co/NC/GF电极，将其应用于电芬顿阴极，结合电芬顿产生H2O2和非均相芬顿试剂的想法，构建Fe@Co/NC/GF-电芬顿体系，以模拟废水EDTA-Ni为目标污染物，对比了不同掺杂量的降解效果。采用序批实验考察了应用电流、pH值和电解质浓度等因素对EDTA-Ni降解效果的影响，并探讨

8、了电极材料的循环稳定性。