基于电-Fenton反应的多孔有序立体气体扩散电极及邻苯二甲酸酯（PAEs）的降解研究

电-Fenton法水处理中，阴极氧还原生成H2O2的反应为关键环节。该反应对电极传质特性要求高，过电位高。传统石墨电极传质差、活性低，导致H2O2产率和有机物降解效率低，难以实际应用。本项目拟采取两方面措施提高H2O2产率和有机物降解效率。一方面设计电极材料微观结构，并构筑立体气体扩散电极，实现物质传输通道有序、反应区三维扩展，以改善电极的传质特性；另一方面优化电极材料组成，以提高活性。研究内容包括：采用模板构建-水热-高温炭化法合成多孔有序炭基材料，并结合交替微波法制备炭基复合材料，进而采用真空床喷涂技术，构筑多孔有序立体气体扩散电极；通过交流阻抗、伏安法、光谱技术等手段考察电极性能；研究电极上H2O2产生的动力学规律，电-Fenton法降解邻苯二甲酸酯的动力学过程，及其与电极组分和结构之间的关系。这将为获得实用的电-Fenton电极，提高有机物降解效率，增强实用化，有重要意义。

电-Fenton水处理过程中，氧阴极电催化还原生成H2O2的反应为关键环节。该反应过电位高，对电极材料的催化活性和选择性要求高；同时该反应是一典型的三相界面反应，要求电极具有优良的物质传输特性。传统阴极材料的氧传质效果差，催化活性低，且生成H2O2的选择性差，效率低，限制了电-Fenton法的实际应用。本项目针对这一关键环节，以提高电-Fenton阴极材料的催化活性，促进双氧水的原位生成，从而实现有机污染物的高效降解为目的。通过对电极材料微观结构和表面特性进行设计和构筑，围绕材料的合成技术，电-Fenton阴极的制备技术、电极上双氧水的累积和几种典型有机物的降解动力学过程等内容展开了一系列的研究工作。通过本项目的研究，开发了有序炭气体扩散电极、碳纳米管海绵、碳包覆泡沫镍、表面功能化石墨毡和氮掺杂碳等多种具有三维多孔结构、物质传输特性好、氧还原催化活性高的新型电-Fenton阴极材料，对基于这些新型阴极材料的电-Fenton系统降解邻苯二甲酸二甲酯（DMP）等有机污染物的降解速率、能耗及动力学规律进行了系统的研究，结果表明这几类新型的电-Fenton阴极材料具有优良的有机污染物降解性能。本项目研究工作的开展，对扩宽电-Fenton阴极材料的选择范围，促进该技术的实用化进程具有积极的意义。同时，对课题研究中所涉及到的新型炭基材料在电催化领域的应用展开了一些拓展性的研究工作。.本项目研究成果，已发表SCI研究论文6篇，其中Applied Catalysis B：Environmental（IF=6.007，1区）4篇、Separation and Purification Technology（IF=3.065，2区）和International Journal of Hydrogen Energy（IF=2.930，2区）各1篇，申请发明专利1件，另有已投稿文章2篇。.对比课题合同书中的预期研究目标：“(1) 制备出高氧还原生成H2O2反应活性的炭基复合材料，并构筑出基于电-Fenton反应的高效多孔有序立体气体扩散电极；(2) 阐明电极上H2O2产生的动力学规律，电-Fenton法降解PAEs的动力学过程，并揭示其与电极组分和结构特性之间的关系；(3) 发表SCI论文3-5篇，申请专利1件发表SCI论文3-5篇，申请专利1项”，已经按计划完成了项目的成果考核指标。