基于钢渣的三维电化学净水体系中自由基形成机理及其调控

Ascertain the mechanism and regulate strategy of hydroxyl radicals(•OH) generation is crucial for advanced oxidation technologies. Using steel slag particle electrodes for wastewater treatment, the mechanism of •OH generation was still not able to clarified because of the complex characteristic of steel slag. In the present work, we choose steel slag that produced by steel plant as representative，investigate the mechanism and regulate strategy of •OH generation during three dimensional electro-catalysis process. Orthogonal tests, single factor experiments and plenty of characterization technologies are used to investigate relationship among reparation conditions，physical/chemical properties and •OH productivity of steel slag particle electrodes. Controlled trials,Electron spin resonance（ESR）and Quantitative analysis of free radicals are operated toreveal the mechanism of •OH generation during three dimensional electro-catalysis process. PSR(pressure-state-response) model and Lingo dynamic programming are utilized to clarify regulate strategy for organic pollutant removal in the electro-catalysis system, which would present theoretical basis for practical application of the system.

阐明•OH在三维电催化过程中的形成机理及其调控机制，对于•OH主导的三维电催化水处理技术而言具有至关重要的意义。利用钢渣为原料制备粒子电极进行三维电催化污水处理，因钢渣理化性质复杂，其形成•OH的关键机理及调控机制尚未阐明。本项目拟以钢铁厂钢渣为研究媒介，开展钢渣粒子三维电化学净水体系中自由基生成机理及调控机制研究，通过正交试验、单因素试验与多种现代化测试手段相结合，探明钢渣粒子三维电化学净水体系当中粒子制备条件、理化性质与•OH产率之间的关系，通过对照试验、电子自旋共振分析、•OH定量分析等手段系统揭示该体系中•OH生成的关键机理；利用实验数据与PSR(压力-状态-响应)建模分析及lingo软件动态规划相结合，阐明基于钢渣粒子的三维电化学体系去除污水中有机染物的调控机制，为该体系在实际水处理中的应用提供参考。

随着工业化进程的加速，我国每年工业生产产生的大量固体废渣都在污染着人的生活环境。本项目秉承以废治废的原则，将钢渣等工业固废应用于城镇污水的深度处理当中，以钢渣等含金属工业固体废弃物为研究对象和催化原材料，构建了三维电催化净水体系，针对污水深度处理过程当中难于降解的染料、抗生素等有机污染物，开展了一系列研究工作。本研究通过以水洗-研磨-浸渍焙烧为基础的水处理材料制备方法，制备了一系列以含金属工业废弃物为原料的水处理催化剂材料，利用各种现代化分析测试手段对制备合成的材料进行了表征，并利用表征结果所示理化性质特点，针对性的对相关水处理材料进行了一系列改性和性能提高探索；构建小试反应装置，探明了以含金属工业废弃物为粒子电极的三维电催化体系中降解染料、抗生素等难降解有机污染物的工艺参数、应用场景，并对其在实际水处理工程中应用的经济效益进行了分析；利用自由基捕获试验、电子自旋共振波谱检测等手段、结合分析计算，阐明了基于工业固废的三维电化学净水体系中羟基自由基、单线态氧等活性物质的形成机理及其调控策略。本项目所取得的一系列研究成果，为基于工业固废的三维电化学净水体系在水环境中难降解有机物的去除奠定了理论基础，为相应三维电化学净水体系在污水深度处理的实际应用提供了技术支撑。