摘要
摘要
水是生命之源，水污染问题是全人类亟待解决的问题之一。四环素等抗生素在
人体和动物体内无法被完全代谢，会随着排泄流入水环境中，且传统污水处理工艺
无法有效去除四环素。电化学高级氧化技术是处理废水的有效方法。在传统的二维
电极体系中加入颗粒电极构成三维电极体系，可以显著提高体系的传质效率和电
流效率，克服了传统电化学高级氧化法，电流效率低、传质效率低以及能耗较高的
缺陷，污染物去除效果更好且能耗更低。碳材料具较大的比表面积、优异的吸附性
能、良好的导电性以及低廉的价格，在催化氧化领域应用广泛。
首先，本研究以颗粒活性炭（GAC）为基体，分别制备了钴（Co）、铝（Al）、
铜（Cu）和铈（Ce）改性的颗粒活性炭，分别记为GAC-Co、GAC-Al、GAC-Cu和
GAC-Ce。对改性前后的颗粒活性炭进行表征，确定四种改性后的颗粒活性炭的活
性组分分别为CoO与Co0同时存在、AlO、Cu0和CeO。分别以五种颗粒活性炭
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作为颗粒电极投加到电化学体系中，结果表明GAC-Ce颗粒电极四环素去除率最
高，为98.40%。GAC-Co及GAC-Cu对四环素的去除率次之，分别为88.25%和
86.01%。GAC-Al在三维电极体系中对四环素的去除率最低，为79.24%。
GAC-Ce颗粒电极的最佳制备条件为：未改性活性炭在浓度为0.1mol/L的
Ce(NO)·6HO溶液中浸渍8h，并在摇床中震荡以提高浸渍的均匀性，去除浸渍
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后的颗粒活性炭置于烘箱干燥后在管式炉中N2气氛下600℃煅烧2h。
其次，本研究分别构建了以GAC和GAC-Ce作为颗粒电极的三维电极体系，
并研究其对四环素的去除性能。GAC颗粒电极体系的最优操作条件：硫酸钠浓度
为40mmol/L，电流为6mA，pH为5，颗粒电极投加量为3g/L，此时去除率为
85.87%。GAC-Ce颗粒电极体系的最优操作条件：硫酸钠浓度为40mmol/L，电流
为6mA，pH为5，颗粒电极投加量为2g/L，此时去除率为98.40%。动力学研究
表明，两种体系对四环素的去除均符合拟一级动力学。且GAC-Ce颗粒电极连续
使用5次后仍可达到89.70%的四环素去除率，仍明显高于GAC颗粒电极体系第
一次运行时的去除率（85.87%）。GAC-Ce颗粒电极连续使用五次，除第二次反应
结束检测到42μg·L-1的Ce溶出外，其余反应次数均未见Ce溶出，表明GAC-Ce
颗粒电极稳定性良好。
最后，研究了颗粒电极在三维电极体系中的作用。研究发现三维电极体系主要
破坏了四环素的酚二酮基，且GAC-Ce的破坏能力高于GAC颗粒电极。颗粒电极
可以通过优良的吸附作用将四环素富集到颗粒电极表面以强化体系的传质作用，
提高四环素的去除率，且GAC体系比GAC-Ce体系提高传质作用更明显，GAC-
-I-
摘要
Ce和GAC对四环素的平衡吸附量分别为160.23mg/g和120.70mg/g。颗粒电极可
以通过产生·OH间接氧化的方式提高四环素的去除率，且GAC-Ce体系的自由基
贡献率高于GAC体系，两体系的自由基贡献率分别为63.99%和53.18%。综合上
述研究发现颗粒电极是通过提高体系传质作用和产·OH性能进而提高了体系对四
环素的去除效果。本研究还分析得到了三维电极体系中四环素降解的中间产物，提
出了四环素的两条降解路径。
关键词:电化学氧化法；三维电极体系；四环素废水；活性炭；二氧化铈
-II-
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