【摘 要】
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随着人类社会的发展,大量废弃塑料进入环境中,对生态系统造成了一系列严重危害。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)因具有重量轻、适用范围广、热稳定性高和化学稳定性好等特点,被广泛用于生产生活中。目前针对废弃PET的降解方法主要包括化学法、生物法和高级氧化法等。这些方法普遍具有成本高、存在二次污染以及效率低等方面的缺点,阻碍了这些技术的实际应用。三维电化学技术具有高效、绿色温和以及可操作性强等特点,有潜力应
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随着人类社会的发展,大量废弃塑料进入环境中,对生态系统造成了一系列严重危害。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)因具有重量轻、适用范围广、热稳定性高和化学稳定性好等特点,被广泛用于生产生活中。目前针对废弃PET的降解方法主要包括化学法、生物法和高级氧化法等。这些方法普遍具有成本高、存在二次污染以及效率低等方面的缺点,阻碍了这些技术的实际应用。三维电化学技术具有高效、绿色温和以及可操作性强等特点,有潜力应用于PET降解中。本文采用三维电化学技术开展对PET的降解作用研究,利用电场能量及电场中产生的活性强氧化剂高效降解PET,并探究其降解动力学和降解机理。主要研究内容和结果如下:(1)首次采用三维电化学反应器(3DER)降解PET。以可乐瓶为研究对象,自制PET薄膜-电气石复合粒子电极。采用近自然的方法降解PET(天然的电气石为粒子电极,水为反应介质,氯化钠为电解质,无其他化学药剂添加)。3DER的条件温和简单,整个过程主要的消耗为电能。(2)3DER对PET表现出高效的降解性能。反应器启动3分钟后,PET膜发生明显的老化和降解。3分钟时液相中TOC浓度达到87.9mg/L,部分PET膜破碎成微塑料进入反应器。PET膜在电场中由初始的光滑平整的薄膜,逐渐变得粗糙,破裂,并最终粉末化。在0-60 h的时间内,粒子电极表面PET薄膜的羰基指数从2.85升至5.06,PET在电场中逐渐被氧化和降解。在电场中24 h后,PET的重均分子量(Mw)和数均分子量(Mn)分别降低了23.9%和10.5%。表明在电场中PET逐渐从较大的分子量演变为较小分子量的低聚物。(3)3DER对PET的快速高效的降解性能还表现在,反应器运行12 h时,PET的质量损失率达到27.5±5.8%。运行24 h时,液相中TOC浓度上升到了502 mg/L的峰值,前24 h因PET矿化而产生的CO2占据总CO2产生量的90.4±0.58%。(4)PET降解而溶出的可溶性有机物在电场中不断被降解成小分子有机物或矿化形成CO2和其他形式的无机碳。羟基自由基(·OH)和超氧自由基(·O2-)在PET降解过程中起着重要作用。中间产物分析得出,PET在3DER中的降解符合Norrish-I型和Norrish-II型途径。PET的降解产物主要通过Norrish-I型的途径产生,部分羧酸可能由Norrish-II型的途径产生。(5)为了实现资源回收,设计了一套连续的PET降解,产物回收和废水综合处理的一体化工艺。发现经过两个周期48h的循环降解,粒子电极表面共有56.4±7.3%的PET薄膜被降解。这部分被降解的PET以溶解性有机物的形式进入液相中,溶解性有机物在电场中被分解转化,其中部分对苯二甲酸单体(TA)被累积,并进行了TA回收。整个过程产生的废水进入两级连续的3DER进行处理。出水各项指标均达到了石油化学工业污染排放标准(GB31571-2015)中各项污染物的排放标准。
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