固废基气凝胶粒子电极的制备及电催化降解有机污染物的性能与机制

摘要

以废菌棒（MS）和赤泥（RM）为原料，经过煅烧得到粉末状废菌棒赤泥生物炭（MSRMBC）.采用悬浮滴定CaCl2法以海藻酸钠（SA）为骨架的凝胶对MSRMBC进行包埋制得气凝胶粒子电极（MSRMBC@SA），并利用扫描电子显微镜（SEM）、能量色散谱（EDS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、 X射线衍射（XRD）、氮气吸附-脱附实验和循环伏安曲线（CV）对其进行表征分析.利用MSRMBC@SA构建三维电芬顿体系（3D-EFMSRMBC@SA），以卡马西平（CBZ）为模型化合物，考察了MSRMBC@SA投加量、电压、曝气量和pH值对MSRMBC@SA电催化性能的影响，最佳降解条件下CBZ(10 mg/L)的降解率为86.05%.因MSRMBC@SA具有良好的pH值调节能力，故体系受pH值影响较小.自由基猝灭、电子自旋共振（ESR）及X射线光电子能谱（XPS）表征结果表明，·OH为主要活性物种，MSRMBC@SA在CBZ降解过程中起到了关键的催化作用.研究发现，MSRMBC@SA稳定性较好，且3D-EF-MSRMBC@SA较2D-EF及3D-EF-MSRMBC具有更低的能耗和更佳的降解效果. MSRMBC@SA可有效降低CBZ溶液的生物毒性，对实际CBZ抗生素废水降解具有良好的应用前景.

关键词

气凝胶粒子电极 / 高级氧化技术 / 卡马西平 / 三维电芬顿体系 / 降解机理

基金资助

吕梁市引进高层次科技人才重点研发项目（批准号：2021RC-1-22）; 山西省自然科学研究面上项目（批准号：202203021221060）; 山西省研究生创新项目（批准号：2023SJ085）资助.