Pd/石墨烯阴极电催化原子氢还原去除水中消毒副产物机制
文献类型：学位论文
| 作者 | 冒冉 |
| 答辩日期 | 2017-05 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 曲久辉 ; 赵旭 |
| 关键词 | 溴酸盐 三氯乙酸 Bromate 电催化还原 Trichloroacetic Acid H*原H*子H* H*H**H* Electrocatalytic Reduction Pd/rgo/cfp电极 H* H* H*AH*tH*oH*mH*iH*cH* H*H**H* Gr-cu pd/rgo/cfp Electrode Gr-cu Foam electrode Foam电极 |
| 学位专业 | 环境工程 |
| 其他题名 | Electrochemical reductive removal of desinfection byproducts via atomic hydrogen at Pd/graphene cathodes |
| 英文摘要 | 溴酸盐（BrO3-）和卤乙酸（HAAs）是饮用水中常见的消毒副产物，对人体 具有潜在的致癌性。电化学还原去除卤代有机物技术由于反应速率快，反应条件 温和，可有效减少化学品投加和二次污染而受到越来越多的关注。然而，常用的 阴极电还原污染物所需阴极负电位较高，易发生析 H2副反应，导致电流效率降 低。因此，开发可在低电位下具有高电催化还原活性的阴极材料，并揭示污染物 的电催化还原微观机制，是提高电流效率、实现污染物高效去除的关键之一。围 绕上述关键技术问题，本论文开展了如下研究工作： 1、研制出具有高电催化活性并可显著降低污染物还原过电位的钯（Pd）/石 墨烯（rGO）复合电极。以碳纤维（CFP）材料为基底，通过化学还原和电沉积 方法分别负载 rGO和 Pd，制得 Pd/rGO/CFP电极。在 -0.5 V的低电位下， Pd/rGO/CFP电极在 40 min内对 BrO3-去除率达到 98.7%。rGO促进了原子 H*的 还原至 Br-。且由于 rGO表面含氧基团和产生从而通过间接原子 H*还原将 BrO3- Pd之间的化学作用，复合电极具有很好的稳定性。 2、研究了 Pd/rGO/CFP电极电催化还原三氯乙酸（TCAA）脱氯过程中原子 H*的产生及作用机制。首次通过电子自旋共振（ESR）技术研究了 Pd/rGO/CFP、 CFP、rGO/CFP和 Pd/CFP电极产原子 H*过电位。在 Pd/rGO/CFP电极表面原子 H*更容易产生，其产 H*过电位正于其它三种电极 0.4-1.0 V。对于 Pd/CFP和 Pd/rGO/CFP电极，原子 H*是主要活性物种，表明间接还原机制在脱氯过程中起 到了决定作用；而对于 CFP和 rGO/CFP电极，直接电子还原是 TCAA主要脱氯 机制。在实验基础上，结合密度泛函理论计算揭示了 Pd/rGO/CFP电极通过电子 耦合作用强化产氢机制，且 rGO的引入可以强化固氢，其优异的产氢固氢特性 决定了其高电催化还原活性。 3、制备出无贵金属的新型 3D石墨烯/泡沫铜（GR-Cu foam）电极，成功应 用于电催化 TCAA脱氯。3D GR显著促进了 TCAA还原转化并提高了协同脱氯 路径所占比例。Cu foam电极电还原 TCAA在酸性条件下得到促进，而 GR-Cu foam电极电还原 TCAA受 pH影响较小且可抑制 Cu溶出。Cu foam和 GR-Cu foam电极体系的 TCAA脱氯机制均以直接阴极还原为主，但是 3D GR的存在会 提高 GR-Cu foam体系对原子 H*的储存能力从而促进脱卤反应。在处理含 HAAs 饮用水时，GR-Cu foam电极具有较好的稳定性并可重复使用。 4、设计了三维电极连续流电化学反应器，显著提高了反应器极水比，成功 应用于自来水低浓度 BrO3-的电还原去除。研制出 Pd/rGO共修饰颗粒活性炭（Pd-rGO/GAC）作为阴极室感应粒子电极，Pd/rGO/CFP电极作为主阴极。结果表明粒子电极和主阴极可协同产原子 H*，从而高效催化还原 BrO3-。在电流密度为 0.9mA/cm2，水力停留时间为 20 min条件下，BrO3-由 20 μg/L降至 6.6 μg/L。尽管水中 Ca2+、Mg2+会产生沉淀覆盖在Pd催化剂表面，反应器仍可在 30天连续运行中保持较高的催化活性，且沉淀物主要覆盖在 Pd/rGO/CFP主阴极表面，对 Pd-rGO/GAC表面影响很小。该电化学体系在消减特定条件实际水体中 BrO3-及其它污染物方面具有较好的应用前景。 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/38678]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_环境水质学国家重点实验室 |
| 作者单位 | 中国科学院生态环境研究中心 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 冒冉. Pd/石墨烯阴极电催化原子氢还原去除水中消毒副产物机制[D]. 北京. 中国科学院大学. 2017. |
入库方式： OAI收割
来源：生态环境研究中心
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