摘要
广谱杀菌剂三氯生（2,4,4’-三氯-2’-羟基二苯醚，TCS）属于新型污染物——药物及个人护理品（PPCPs）的范畴，在地下水、土壤中广泛频繁检出，具有很高的生物富集性，对生态环境和人体健康造成严重危害。电芬顿技术可通过阴极原位产生 H2O2，继而在催化剂作用下生成强氧化性自由基降解有机物，具有降解效率高、易于控制等优点。相比于均相电芬顿体系，异相电芬顿体系降低了铁泥的生成量，可在较宽的pH范围内反应。然而，由于电极材料的限制，异相电芬顿技术仍存在H2O2生成量低、自由基产量少、电极稳定性差等问题。基于此，本研究采用泡沫铜（CF）为基底，在其上负载 Cu2O 和碳纳米管（CNTs），制备了Cu2O@CNTs/CF阴极，以Pt为阳极，构建了异相电芬顿体系，探究了TCS的降解效果。本研究内容及结果如下： （1）采用泡沫铜作为电极基体，在基体上浸渍 CNTs，通过电沉积法负载Cu2O纳米颗粒，制备了Cu2O@CNTs/CF电极，并对电极进行表征分析。通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射光谱（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）表征确定了Cu2O和CNTs成功负载于CF表面，Cu2O@CNTs/CF电极具有三维立体结构，提供了较大的比表面积和大量活性位点有利于提升反应速率。由拉曼光谱（Raman）分析，电极表面的Cu2O纳米颗粒负载于CNTs的缺陷点位处，加速电子的有效转移，有利于催化活性的提升。通过对电极进行电化学性能分析， Cu2O@CNTs/CF电极电荷转移阻抗相比于CF和CNTs/CF下降，有利于提高电子的传递速率。 （2）在异相电芬顿体系中，Cu2O@CNTs/CF电极降解TCS的过程符合一级反应动力学。在宽pH范围内（3 – 11），对TCS均具有较好的降解效率（77.8 – 99.8%），极大的拓宽了电芬顿体系的应用范围。经过对TCS的影响因素进行研究后，确定了最佳电芬顿降解条件为：pH = 3，电流密度为5 mA/cm2，60 min内TCS去除率达到99.8%，矿化率为49.06%。电极经过8次重复利用后，TCS去除率仍高达93.6%，表现出良好的稳定性与催化性能。 （3）通过自由基淬灭实验，探究了电芬顿体系降解TCS机理。实验证明，异相电芬顿体系降解TCS主要是?OH强氧化性作用，具体为吸附在电极表面的溶解氧原位发生还原反应生成H2O2，在电极上负载的Cu2O纳米颗粒的分解作用下生成?OH，避免了H2O2先阴极脱附再吸附到非均相催化剂表面时发生的损耗，提高了H2O2的利用率，加速了TCS的降解。 （4）通过分析 TCS 降解过程中产生的中间产物，探究了 TCS 降解途径。TCS降解过程主要包括醚键断裂和羟基化，继而生成小分子羧酸，最后被矿化为CO2和H2O。通过ECOSAR软件评估预测了TCS和中间产物毒性，分析表明， TCS的电芬顿降解过程是毒性降低的过程。
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