垃圾渗滤液经生化、纳滤等处理后的出水(通常称为“老化渗滤液尾水”),其COD主要由生物难以利用的腐殖酸和黄腐酸类物质构成。电催化氧化技术在处理这类顽固有机物时具有“电子是清洁试剂”的独特优势,但传统的电极材料如掺硼金刚石(BDD)电极成本高昂,钌铱钛电极也有寿命问题。开发廉价、易制备、高催化活性的新型阳极材料是推动其工程应用的关键。层状双金属氢氧化物(LDHs)是一大类具有二维层状结构的阴离子型黏土,其主体层板由二价和三价金属阳离子的氢氧化物八面体共边构成。当引入镍、钴、铁等过渡金属时,其丰富的变价特性和极高的比表面积使其在超级电容器和电催化领域备受瞩目。将其原位生长在三维多孔泡沫镍基底上,可以避免使用粘结剂,极大降低电子传输阻抗,提供巨大的电化学活性面积。
本研究采用一步水热法,在泡沫镍表面垂直生长了互连交错的NiCoFe-LDHs超薄纳米片阵列。SEM显示,纳米片均匀紧密地包裹在泡沫镍骨架表面,形成了高度开放的三维分级多孔结构。将此电极用于处理某垃圾填埋场“生化+MBR+NF”工艺的出水(COD约850mg/L,色度600倍)。在电流密度仅8mA/cm²、不添加任何电解质和氧化剂的条件下,电解3小时后,COD去除率达78%,色度去除率高达97%,出水清澈透明。与商品钛基钌铱电极和单纯泡沫镍电极相比,其COD去除率和单位能耗指标均有显著优势。
三维荧光光谱显示,处理后出水中代表腐殖酸类物质的荧光峰强度急剧衰减了90%以上,表明这类难降解有机物是该电极主要的攻击目标。GC-MS分析证实了长链烷烃、邻苯二甲酸酯等微量有机物的峰在电解后基本消失。经过10次循环电解,电极的活性和形貌未出现明显衰退。该研究为开发一种廉价(铁、镍、钴都是非贵金属)、高效、稳定的三维电极来处理垃圾渗滤液生化尾水,提供了很有前景的电极材料和工艺路线。
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