伏明浩,盧 鈞,陳泉源,2*,劉曉琛,鄭 華

磁性氧化石墨電催化活性及凈化印染廢水效能

伏明浩1,盧 鈞1,陳泉源1,2*,劉曉琛1,鄭 華1

(1.東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,上海 201620；2.上海污染控制與生態(tài)安全研究院,上海 200092)

采用高鐵酸鉀作為鐵前驅(qū)體和氧化劑氧化石墨礦物,原位合成磁性氧化石墨(MGO)催化劑.磁性氧化石墨與碳黑(CB)混合在碳纖維布基底上制備陰極(MGO/CB),將溶解氧還原生成活性氧(ROS)氧化處理含活性紅X-3B染料的模擬廢水,并采用掃描電子顯微鏡、X-射線衍射儀、X-射線光電子能譜、電化學(xué)手段表征磁性氧化石墨催化劑的形貌結(jié)構(gòu)及電化學(xué)催化活性.結(jié)果表明,片層狀MGO表面錨定著不同晶體結(jié)構(gòu)的納米氧化鐵粒子,活性成分存在協(xié)同催化作用;煅燒溫度對(duì)氧化鐵晶相及催化活性有一定影響,煅燒溫度為300 ℃時(shí)制備的MGO陰極電化學(xué)降解活性紅X-3B效果最佳,在陰極直接還原作用和1O2、·O2-等自由基作用下,4h脫色率達(dá)到100%,CODcr去除率達(dá)到77.1%;磁性氧化石墨性能穩(wěn)定,至少可重復(fù)使用9次.

活性紅X-3B；電化學(xué)氧化；磁性氧化石墨；氧化鐵；廢水處理

印染過(guò)程約有10%～15%的染料進(jìn)入水中,形成成分復(fù)雜、色度高、可生化性差的印染廢水[1].活性紅X-3B是典型難降解活性染料,含有偶氮雙鍵(-N=N-)和復(fù)雜的芳香基團(tuán)(萘環(huán)、苯環(huán)和三嗪基團(tuán))在特殊條件下能分解成20多種致癌芳香族中間產(chǎn)物[2].印染廢水處理主要有生物處理[3]、膜處理[4]、化學(xué)氧化[5]、混凝、吸附[6]和高級(jí)氧化[7]等方法,其中電化學(xué)高級(jí)氧化(EAOP)具有操作簡(jiǎn)單、效率高、適用性強(qiáng)等特點(diǎn).電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在固(電極)-液(廢水)界面,過(guò)程需要電子傳遞,陰極催化劑材料起重要作用.

鐵氧化物(Fe3O4、γ-Fe2O3和α-Fe2O3等)具有成本低和電催化活性高等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于光催化[8]、電催化[9]等領(lǐng)域.氧化鐵粒徑小、磁性強(qiáng)、表面能高,為避免發(fā)生團(tuán)聚降低催化活性,通常將其負(fù)載在碳材料上,如石墨[10]、氧化石墨烯[11]、碳納米管[12-13]等.已有研究等[11]以FeCl3為鐵源水熱合成制備Fe2O3/3D-GO復(fù)合材料,用作陰極催化材料,電芬頓氧化處理藥物污水,柳氮磺胺吡啶去除率達(dá)99.6%.氧化石墨(GO)表面含豐富的官能團(tuán)(主要是分布在基面上的羥基和環(huán)氧基團(tuán),片層邊緣的羧基、羰基、苯酚、內(nèi)酯和醌數(shù)量較少),是鐵氧化物理想載體.碳材料與氧化鐵復(fù)合方法有溶劑熱法[12]、熱裂解法[13]、共沉淀法[14]等.氧化鐵催化劑的電催化性能與制備方法、鐵前驅(qū)體、晶體結(jié)構(gòu)、顆粒尺寸等有關(guān)[9,17-18].由晶相決定的鐵活性位點(diǎn)對(duì)電催化活性影響較大.

本文采用高鐵酸鉀(0=2.2V)取代傳統(tǒng)Hummers法的高錳酸鉀(0=1.36V),既作為強(qiáng)氧化劑又作為鐵前驅(qū)體,一步法制備磁性氧化石墨(MGO),在其表面原位生長(zhǎng)納米氧化鐵.以碳纖維布為基底、炭黑(CB)為導(dǎo)電劑、MGO為催化劑、聚四氟乙烯(PTFE)為粘合劑,制成MGO/CB陰極,與釕銥鈦形穩(wěn)陽(yáng)極(Ti/TiO2-RuO2-IrO2)組合,電化學(xué)氧化處理活性紅X-3B模擬廢水.分析高鐵酸鉀投加量、退火溫度和廢水初始pH值對(duì)材料電催化活性及污染物降解效能的影響,探討不同晶相氧化鐵的電催化性能,研究MGO/CB電極電催化降解活性紅X-3B機(jī)理,以期為該電極去除印染廢水的應(yīng)用潛力提供參考.

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

試劑:石墨(質(zhì)量分?jǐn)?shù)399.85%)、濃硫酸、高鐵酸鉀、聚四氟乙烯(PTFE)、炭黑、碳纖維布、乙醇、活性紅X-3B(由南京都萊生物技術(shù)有限公司提供)等.

模擬廢水配制:稱取1g活性紅X-3B溶于250mL燒杯中,充分超聲攪拌,溶解后定容于1000mL容量瓶中貯存?zhèn)溆?添加0.05mol/L的Na2SO4來(lái)模擬實(shí)際印染廢水(染色常用鹽增加上染率和固色).

實(shí)驗(yàn)所用儀器: pH測(cè)試儀(PHS-3E,上海雷磁儀器廠),紫外分光光度計(jì)(T6新世紀(jì),北京普析通用儀器有限責(zé)任公司),恒流穩(wěn)壓電源(LP2002,樂(lè)達(dá)精密工具有限公司),電化學(xué)工作站(CHI660D,武漢科思特儀器有限公司),恒溫磁力攪拌器(524型,上海馳久儀器公司); SX2-4-10 型箱式電阻爐(上海圣科設(shè)備公司);S-3400N Ⅱ型掃描電子顯微鏡(日本 Hitachi公司).

1.2 催化劑及電極制備

稱取2g干燥石墨,加入盛有50mL濃硫酸的燒杯中,將燒杯置于冰水浴(0℃)中,恒溫機(jī)械攪拌10min.稱取(2～10g)高鐵酸鉀粉末,緩慢加入石墨-硫酸混合液中,低溫?cái)嚢?h;隨后將燒杯置于34～36℃的恒溫水浴鍋內(nèi),中溫反應(yīng)0.5h后,移去水浴鍋并逐滴加入45mL的去離子水,伴隨著水與硫酸的放熱反應(yīng),反應(yīng)溫度迅速升至98℃左右,高溫反應(yīng)0.5h后,趁熱抽濾洗至中性,放入真空干燥箱中60℃干燥12h.研磨后放入馬弗爐(200～600℃)煅燒1h,冷卻研磨過(guò)篩即得磁性氧化石墨備用.

將0.6g磁性氧化石墨、一定量的炭黑和PTFE粘合劑超聲分散于50mL乙醇溶液中,78～85℃水浴加熱至糊狀,在10MPa壓力下將其均勻輥壓在碳纖維布表面(45mm×35mm),放置馬弗爐中350℃煅燒90min,即得面積為15.75cm2負(fù)載0.6g催化劑的MGO/CB復(fù)合電極.

1.3 電化學(xué)處理廢水實(shí)驗(yàn)

量取150mL含活性紅X-3B模擬印染廢水(1000mg/L)至電解槽中,置于磁力攪拌機(jī)勻速攪拌,將電極(45mm×35mm×1mm)固定在電解槽內(nèi),兩電極垂直平行放置,間距控制為2cm,預(yù)曝氣10～15min,電源正極接DSA陽(yáng)極,電源負(fù)極接復(fù)合電極,并設(shè)置平行樣.調(diào)節(jié)電流穩(wěn)定開(kāi)始計(jì)時(shí),反應(yīng)4h,每隔30min取樣1次,記錄電壓和電流變化,分別測(cè)定其染料色度,CODcr指標(biāo).電流由電流密度乘以電極板雙面有效相對(duì)面積得到,復(fù)合電極面積以投影面積計(jì).

1.4 分析方法

MGO表面形貌采用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察,采用X-射線衍射(XRD)研究MGO晶體結(jié)構(gòu),采用X-射線光電子能譜(XPS)分析MGO的元素及化學(xué)價(jià)態(tài).電化學(xué)測(cè)試在電化學(xué)工作站進(jìn)行,以所制電極為工作電極,鉑電極為對(duì)電極,Ag/AgCl, KCl(3M)電極為參比電極,測(cè)試溶液為0.05mol/L的Na2SO4.掃描速率為20mV/s,在-2～2V內(nèi)進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試(CV);掃描速率為10mV/s,在-2～0V內(nèi)進(jìn)行線性伏安測(cè)試(LSV);掃描速率5mV/L,在-1～-0.2V范圍內(nèi)對(duì)催化劑進(jìn)行線性伏安測(cè)試(LSV).

采用微波消解法測(cè)定水樣的CODcr,計(jì)算COD去除率.采用紫外分光光度計(jì)(537nm)測(cè)定模擬活性紅X-3B的色度,脫色率(1-C/0)通過(guò)下式計(jì)算:

式中:0和I分別是初始和電解時(shí)間()的吸光度值;0為初始濃度;C為時(shí)刻濃度.

本實(shí)驗(yàn)利用鄰菲羅啉分光光度法測(cè)定水樣中的鐵離子含量.通過(guò)測(cè)量Fe2+和1,10-菲咯啉生成橙紅色絡(luò)合物的吸光度,確定Fe2+濃度與總鐵濃度(將Fe3+還原為Fe2+).將待測(cè)水樣稀釋到適當(dāng)濃度,以蒸餾水校準(zhǔn)測(cè)量510nm處的吸光度,鐵離子濃度通過(guò)下列標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合公式計(jì)算:

式中:為所測(cè)定的吸光度;為要計(jì)算的鐵離子濃度, mg/L;2為相關(guān)系數(shù).

2 結(jié)果與討論

2.1 催化劑表征

如圖1所示,MGO呈多層片狀結(jié)構(gòu),邊緣存在折疊和褶皺,粒徑約為500nm的氧化鐵顆粒錨定在其表面,且無(wú)團(tuán)聚現(xiàn)象.在石墨插層反應(yīng)過(guò)程中,隨著強(qiáng)氧化劑K2FeO4的加入,破壞石墨邊緣和缺陷處的π-π共軛結(jié)構(gòu),削弱原始石墨片層之間的共軛力,基面上產(chǎn)生了大量帶負(fù)電荷的羥基和環(huán)氧基等形式存在的官能團(tuán)[15],使得反應(yīng)生成的氧化鐵晶體嵌入其中.氧化石墨或氧化鐵顆粒復(fù)合避免了團(tuán)聚現(xiàn)象,嵌入和氧化作用擴(kuò)大了氧化石墨的層間距,暴露出更多的電催化活性位點(diǎn),可以提高電化學(xué)催化活性.

圖1 不同放大倍數(shù)下MGO 的SEM形貌圖

MGO的X-射線衍射(XRD)分析結(jié)果如圖2(a)所示,主要有石墨、磁鐵礦(Fe3O4)、赤鐵礦(α-Fe2O3)和磁赤鐵礦(γ-Fe2O3)的衍射峰.觀察不同退火溫度下制備MGO中氧化鐵晶相變化,從圖2(b)可以發(fā)現(xiàn),200℃的條件下,MGO在30.241°,35.63°,57.271°, 62.925°出現(xiàn)磁鐵礦與磁赤鐵礦(220),(311),(511), (440)的反射峰.當(dāng)退火溫度高于300 ℃時(shí),在33.152°, 35.611°,49.479°上出現(xiàn)赤鐵礦的(104),(110),(024)的衍射峰,且隨著退火溫度的變高,衍射峰有明顯增強(qiáng)的趨勢(shì),表明MGO表面部分磁赤鐵礦相逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槌噼F礦晶型(γ-Fe2O3→α-Fe2O3T3500℃).圖2(c)是3種鐵氧化物的相變示意圖,Fe3O4在中等溫度下(>200℃)極易轉(zhuǎn)化為γ-Fe2O3,原本1/3Fe2+所占據(jù)的八面體位置產(chǎn)生了空穴,但兩者都維持著反尖晶石結(jié)構(gòu).而γ-Fe2O3向α-Fe2O3的相變則需要更高的溫度(>400℃),且它們晶型結(jié)構(gòu)完全不同[16].由于不同晶相氧化鐵的原子結(jié)構(gòu)及其配位能力不同,比較不同退火溫度下MGO的電催化活性,有助于揭示不同晶相氧化鐵的協(xié)同作用.

MGO的XPS圖譜出現(xiàn)Fe 2p、C 1s和O1s信號(hào)(圖3).Fe 2p 4個(gè)峰位于 726.7,717.1,713.9和712.2eV,分別對(duì)應(yīng)Fe3+(2p1/2)、衛(wèi)星峰、Fe3+(2p3/2)和Fe2+(2p3/2).衛(wèi)星峰的存在證實(shí)了MGO表面存在Fe(II)和Fe(III).Fe(II)/Fe(III)比值0.5,表明MGO存在Fe3O4[17].如圖3(c)所示,在C1s頻譜中可以觀察到C=C(284.7eV)、C缺陷(285.1eV)和C=O(286.6eV),這是由于強(qiáng)氧化劑高鐵酸鉀、硫酸與石墨反應(yīng)導(dǎo)致石墨晶格變形.O1s峰如圖3(d),可分解為 531.9, 532.6和533.3eV 3個(gè)峰,分別對(duì)應(yīng)晶格氧(Fe-O)、表面-OH基團(tuán)和硫酸鹽氧(S=O),三種形式的含氧特征峰,提高了MGO的電催化活性.

2.2 MGO/CB陰極電催化性能

2.2.1 利用旋轉(zhuǎn)圓盤電極在不同轉(zhuǎn)速下測(cè)得的催化劑氧還原曲線,如圖4(a)所示,根據(jù)K-L方程計(jì)算,ORR反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移數(shù)為2(n=2.1424).電極的循環(huán)伏安曲線(CV)如圖4(b)所示, MGO/CB電極與CB電極均出現(xiàn)明顯的還原峰.未添加MGO催化劑的還原峰電流值為0.04A,而添加催化劑后的還原峰電流值增加到0.075A.從圖4(c)電極LSV看出,MGO/CB電極的還原電流比CB電極高,并隨著電位的正移而降低,添加MGO增加了電極的電催化活性[18].

2.2.2 制備條件 針對(duì)模擬活性紅X-3B廢水,使用DSA為陽(yáng)極,電流密度為60mA/cm2,兩電極間距控制在2cm,pH=6.8,電解4h,改變MGO制備過(guò)程中氧化劑投加量、煅燒溫度,以色度、CODcr為指標(biāo)考察MGO電極的電催化性能.

制備過(guò)程中,高鐵酸鉀投加量對(duì)MGO電極的電催化活性的影響如圖5所示.對(duì)于2g石墨,當(dāng)高鐵酸鉀的量為6g時(shí),電催化活性最高, CODcr去除率達(dá)到60.7%,較碳布基底提高了22%.值得指出的是,傳統(tǒng)Hummers法,石墨:高錳酸鉀=1:3,與本研究的高鐵酸鉀投加比例一致.當(dāng)高鐵酸鉀投加量大于6g時(shí),氧化鐵聚集導(dǎo)致比表面積下降,催化活性降低.

初始濃度1000mg/L,電流密度60mA/cm2,pH 6.8

不同退火溫度對(duì)MGO電催化活性的影響如圖6所示.在300℃退火溫度下,MGO中存在多種晶相氧化鐵,部分Fe3O4表面被氧化成γ-Fe2O3.位于磁鐵礦八面體位置的Fe(II)在氧化條件下被Fe(III)所代替(3Fe2+→2Fe3+),1/3Fe2+所占據(jù)的八面體位置產(chǎn)生了空位,增加了催化活性位點(diǎn),有利于電芬頓反應(yīng)[19].隨著退火溫度升高,相同保溫時(shí)間下,氧化鐵顆粒變大[17],同時(shí)MGO層間距變大,邊緣官能團(tuán)被破壞[20],氧化鐵顆粒聚集變大,導(dǎo)致比表面積下降,Fe(II)活性位點(diǎn)減少[21].

初始濃度1000mg/L,電流密度60mA/cm2,pH 6.8

2.2.3 不同pH值條件下電化學(xué)處理效果比較 由圖7可以看出,MGO/CB陰極在酸性條件下對(duì)CODcr去除率略低于中性及堿性條件下,酸性條件下CODcr去除率只有50%左右;而在中性、弱堿性條件其CODcr的去除率均超過(guò)60%,pH=8時(shí),去除率達(dá)到77.1%.從表1可以看出,中性及堿性條件下,pH值隨著電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行而降低.MGO/CB電極表面鐵在酸性條件下很容易浸出,pH=2～3時(shí),其溶出鐵濃度高于80mg/L.鐵流失導(dǎo)致電催化的活性位點(diǎn)減少.中性、弱堿性條件下,MGO/CB電極腐蝕緩慢,電催化效果穩(wěn)定,因而在處理弱堿性的實(shí)際印染廢水中有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì).

圖7 pH值對(duì)MGO/CB電極電催化活性的影響

初始濃度1000mg/L,電流密度60mA/cm2,pH 2-12

2.2.4 催化劑活性成分比較 300℃退火條件下的MGO催化活性最佳.XRD分析存在Fe3O4、α-Fe2O3、γ-Fe2O3幾種活性物質(zhì).根據(jù)XRF測(cè)定結(jié)果,鐵氧化物含量為21.3%.按比例混合GO制成電極在初始pH 8條件下進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),結(jié)果如圖8,MGO氧化鐵存在協(xié)同催化作用,催化活性明顯高于氧化鐵與氧化石墨混合物.CODcr去除效果依次是:MGO> Fe3O4>α-Fe2O3>γ-Fe2O3>GO.電解過(guò)程中,陰極有一定鐵(Fe3+)溶出.為探究均相貢獻(xiàn),在體系中額外加入等量的Fe2(SO4)3,結(jié)果顯示,Fe3+的加入并未有明顯提高降解效果.這說(shuō)明均相作用貢獻(xiàn)較小,主要為電極表面鐵異相催化作用.

表1 不同pH值條件下MGO/CB電極對(duì)模擬印染廢水處理效果

初始濃度1000mg/L,電流密度60mA/cm2,pH 8

2.2.5 電極重復(fù)使用穩(wěn)定性 用MGO/CB電極電解含活性紅X-3B模擬廢水,如圖9所示,9次循環(huán)使用實(shí)驗(yàn)表明,廢水均可實(shí)現(xiàn)完全脫色,但隨著循環(huán)次數(shù)的增加,脫色速率與CODcr去除率呈現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì), CODcr去除率從72.3%下降到44.7%.第9次電解溶出鐵濃度為2.4mg/L,相比第1次溶出鐵濃度26.7mg/L大大減少.據(jù)此可以推斷,MGO表面氧化鐵流失,活性位點(diǎn)減少導(dǎo)致電催化活性降低.

初始濃度1000mg/L,電流密度60mA/cm2,pH 8

2.2.6 活性氧物質(zhì)檢測(cè)與電催化機(jī)制 采用甲醇(100mM)、叔丁醇(100mM)、糠醇(100mM)和對(duì)苯醌(2mM)等用作硫酸根自由基(SO4-·)、羥基自由基(·OH)、單線態(tài)氧(1O2)和超氧自由基(·O2-)等自由基的捕捉劑,利用紫外-可見(jiàn)光譜比較它們對(duì)脫色抑制效果,探究MGO陰極產(chǎn)生活性氧在降解活性紅X-3B作用機(jī)制.如圖10所示,對(duì)苯醌與糠醇對(duì)活性紅X-3B降解抑制效果比較明顯,而叔丁醇淬滅效果輕微.對(duì)苯醌與糠醇分別是·O2-與1O2兩種自由基有效猝滅劑,對(duì)苯醌可以9.6′108M-1s-1的反應(yīng)速率從·O2-獲得電子[22];糠醇能以1.2′108M-1s-1的反應(yīng)速率與1O2發(fā)生加成反應(yīng)[23].捕捉SO4-·、·OH的甲醇、叔丁醇對(duì)活性紅X-3B降解影響不大.因此,活性氧對(duì)脫色貢獻(xiàn)率大小為:·O2->1O2>·OH>SO4-·.

圖10 自由基捕捉劑對(duì)電化學(xué)降解過(guò)程的影響

初始濃度1000mg/L,電流密度60mA/cm2,pH 8

圖11 DSA陽(yáng)極和MGO/CB陰極在DES中對(duì)活性紅脫色的影響

初始濃度1000mg/L,電流密度60mA/cm2,pH 8

為探究陰極(MGO/CB)、陽(yáng)極(DSA)對(duì)染料脫色的貢獻(xiàn),采用陽(yáng)離子交換膜將兩級(jí)隔開(kāi)構(gòu)建雙室電解系統(tǒng)(DES).如圖11所示,陽(yáng)極室的脫色效率明顯大于陰極室.在逐漸變堿性的陰極室中,陰極表面活性物質(zhì)易被分解,氧化還原電位的顯著降低導(dǎo)致活性紅礦化速度減慢.自由基捕捉試驗(yàn)表明陽(yáng)極室中主要的活性物質(zhì)是單線態(tài)氧(1O2),而在陰極室中,超氧自由基(·O2-)起主要作用.

MGO/CB電極電催化作用機(jī)制如圖12所示.Fe(III)與O2得電子生成的·O2-反應(yīng)生成1O2與Fe(II),二價(jià)鐵又氧化成三價(jià)鐵,同時(shí)伴隨著·O2-生成(式1～3).這一循環(huán)中不斷產(chǎn)生1O2與·O2-自由基來(lái)降解活性紅.DSA陽(yáng)極能夠連續(xù)不斷的產(chǎn)生H+給陰極產(chǎn)H2O2參加芬頓反應(yīng).雙氧水與·OH也參與了Fe(II)與Fe(III)的循環(huán),式(4)～(8),不斷生成·OH、?O2?、1O2降解活性紅X-3B,活性紅染料的偶氮雙鍵轉(zhuǎn)化為胺基而脫色,最終被礦化.

O2+ e?→?O2?(1)

Fe(III)+?O2?→1O2+Fe(II)(2)

Fe(II)+O2?Fe(III)+?O2–(3)

O2+ e-→?O2?+2H++e-→H2O2(4)

Fe(II)+H2O2→Fe(III)+?OH(5)

4·OH→1O2+2H2O (6)

Fe(III)+H2O2→ Fe(II)+ HO2·+H+(7)

HO2· ??O2?+H+(8)

圖12 MGO/CB電催化機(jī)制

3 結(jié)論

3.1 磁性氧化石墨的電催化活性與高鐵酸鉀量及退火溫度有關(guān),煅燒溫度不同,氧化鐵晶相不同,導(dǎo)致電催化活性存在差異.添加6g高鐵酸鉀、300℃退火條件下制備的MGO電催化性能最佳, XRD分析出有Fe3O4、α-Fe2O3及γ-Fe2O3存在,它們與多層結(jié)構(gòu)的氧化石墨錨定后不易流失,多種鐵氧化物共存可增加鐵活性位點(diǎn),增強(qiáng)對(duì)污染物的電化學(xué)降解效能.

3.2 MGO/CB電極較CB電極具有更高的氧還原電流以及良好的電催化活性,在中性及弱堿性條件下表現(xiàn)出優(yōu)異的電催化活性和穩(wěn)定性.與DSA陽(yáng)極聯(lián)用的電解體系可使模擬染色廢水完全脫色,CODcr去除率達(dá)77.1%.

3.3 MGO制備的電極優(yōu)于GO、Fe3O4、α-Fe2O3及γ-Fe2O3制備的電極.MGO氧化鐵存在協(xié)同催化作用,催化活性明顯高于氧化鐵與氧化石墨混合物.自由基猝滅結(jié)果表明活性紅X-3B降解過(guò)程中活性氧貢獻(xiàn)率順序?yàn)?·O2->1O2>·OH>SO4-·.

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Magnetic graphite oxide as efficient catalyst for electrochemical treatment of printing and dyeing wastewater.

FU Ming-hao1, LU Jun1, CHENG Quan-yuan1,2*, LIU Xiao-chen1,ZHENG Hua1

(1.College of Environmental Science and Engineering, Donghua University, Shanghai 201620, China；2.Shanghai Institute of Pollution Control and Ecological Security, Shanghai 200092, China)., 2022,42(4)：1672～1680

Magnetic graphite oxide (MGO) catalyst was synthesized using potassium ferrate as iron precursor and oxidizing graphite oxide mineral. It was used to fabric cathode (MGO/CB) by adding carbon black (CB) on a carbon fibre cloth substrate, which can reduce dissolved oxygen to produce reactive oxygen species (ROS) for the treatment of simulated wastewater containing reactive red X-3B dye. The morphology and electrochemical properties of MGO were measured by scan electron microscope, X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy and electrochemical working station. The surface of the lamellar MGO possessed iron oxide nanoparticles with different crystal structures. These active species showed synergistic effect in electrocatalysis. The crystal phase and catalytic activity of ferric oxide were influenced by calcination temperature. At 300oC of calcination, MGO/CB cathode exhibited high electrochemical treatment efficiency for reactive red X-3B degradation. It was found that1O2and·O2-were dominant ROS. The decolorization reached 100% and CODcrremoval reached 77.1% in 4h of electrolysis. Magnetic graphite oxide was stable and can be reused in successive cycles.

active red X-3B；electrochemical oxidation；magnetic graphite oxide；iron oxide；wastewater treatment

X703.1

A

1000-6923(2022)04-1672-09

伏明浩(1997-),男,江蘇無(wú)錫人,碩士,主要從事水污染控制理論與研究.發(fā)表論文1篇.

2021-10-08

國(guó)家重點(diǎn)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2019YFC0408503)

*責(zé)任作者, 教授, qychen@dhu.edu.cn