《金屬摻雜改性納晶PbO2電極降解水中全氟羧酸機理研究》是依託北京師範大學，由牛軍峰擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：金屬摻雜改性納晶PbO2電極降解水中全氟羧酸機理研究
- 依託單位：北京師範大學
- 項目負責人：牛軍峰
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
全氟羧酸類化合物（PFCAs）是一類環境中廣泛存在的難降解有毒有機物，威脅生態安全和人體健康。本申請項目是在前期研究工作的基礎上，採用溶膠-凝膠與電化學沉積相結合的方法，進一步發展高活性、高穩定性的金屬改性納晶PbO2多孔薄膜電極材料，考察金屬摻雜種類和摻雜量對電極材料結構及催化性能的影響，建立不同水質參數和操作參數條件下水中PFCAs電化學降解動力學方程，識別影響電化學催化降解PFCAs的主要影響因子及其影響規律，通過降解中間產物分析推測PFCAs電化學反應途徑，闡明電化學反應中直接電子轉移和活性自由基對PFCAs降解過程的作用機制，揭示基於納晶PbO2薄膜電極電化學降解PFCAs的反應機理，通過調控PFCAs降解速率控制步驟和最佳化電化學反應裝置結構，進而開發建立一種高效催化降解PFCAs的電化學淨水技術。研究結果對於採用電化學技術控制水中PFCAs污染具有極其重要的理論意義和套用價值。
結題摘要
全氟羧酸類化合物（PFCAs）是一類難降解有毒有機物，被廣泛套用於紡織、造紙、半導體等行業。該類化合物已廣泛存在於自然水體、沉積物、動物以及人體內，並具有引起生物代謝紊亂的性質，威脅著生態安全和人體健康。目前，全球性PFCAs污染及其對人體健康的影響已經引起了各國政府和科學界的高度關注，是當今環境科學與工程領域研究的熱點問題。本項目主要合成了不同類型的金屬摻雜改性納晶PbO2電極材料，並建立了7種全氟羧酸類化合物的電化學催化降解反應動力學，考察了電極間距、電流密度、污染物初始濃度等影響因素對降解動力學的影響，通過量子化學計算和中間產物檢測，揭示了全氟羧酸類化合物電化學降解反應途徑和降解機理，最終建立了水中全氟羧酸類化合物電化學降解的適用新技術。本項目取得了以下三個方面的重要結果：（1）發現了納晶薄膜電極表面活性氧自由基的產生規律，建立了材料表面微觀結構與性能的構-效關係，將電極理論使用壽命提高到30年；（2）闡明了電極材料表面活性自由基高效去除難降解污染物的反應機制，提升目標污染物分解鍵能閾值至485 kJ mol-1，對難降解污染物的分解效率提高了50~80%，能量利用效率提高約50%；（3）揭示了傳質強化提高污染物電催化降解效率的反應機制，研製了系列具有高效傳質效率的新型電催化反應器，實現了工程化套用。該項研究結果對於採用電化學技術控制水中PFCAs污染具有極其重要的理論意義和套用價值。
