硼掺杂金刚石电极对PFAS的电化学去除性能 高等学校化学学报    2025, 46 (8): 20250096-.   DOI:10.7503/cjcu20250096

Fig.9 Degradation rates of different PFAS of Nb/BDD₂ electrodes(A) and TOC removal rate of Nb/BDD₂ electrode for different PFASs(B)
Inset of （A）： first-order kinetic fitting of Nb/BDD₂ electrode to different PFAS degradation rates.

正文中引用本图/表的段落

由上述PFOA的降解过程可见， 降解产生的短链PFAS是影响长链PFAS矿化去除的关键. 为此， 进一步探究了BDD电化学处理对不同碳链长度（C₄， C₆， C₈）的全氟磺酸（PFSA）和全氟羧酸（PFCA）的降解和矿化效果（图9）. 结果表明， 在120 min内6种PFAS的降解率分别为78.1%（PFOA）， 68.8%（PFOS）， 70.8%（PFHxA）， 66.9%（PFHxS）， 55.2%（PFBA）和40.5%（PFBS）［图9（A）］. 采用一级动力学方程对降解过程进行拟合获得了不同PFAS的降解速率， 对于PFSA或PFCA而言， 均表现出随着碳链长度的降低， PFAS降解速率逐渐降低（k_PFOA=0.01133 min-1、 k_PFHxA=0.0095 min-1、 k_PFBA=0.00604 min-1）的趋势， 短链PFAS更难以降解， 这与文献［41］报道的不同碳链长度PFASs的高级氧化降解结果一致. PFAS的降解过程会生成更难降解的短链PFAS， 这是在同样时间下PFAS的降解率高于矿化率的原因. 在碳链长度相同的条件下， PFSA比PFCA更难降解（k_PFOS=0.00888 min-1， k_PFHxS=0.00784 min-1， k_PFBS=0.00363 min-1）， 这是由于与靠近羧基的C—F键相比， 靠近磺酸基的C—F解离能更高［50］. 与降解率不同， 对于C₄长度的PFAS而言， 全氟羧酸盐（PFBA）的矿化率与全氟磺酸盐（PFBS）相当， 说明头部基团对短碳链PFAS的矿化影响进一步减弱［图9（B）］. 如何高效去除短链PFAS仍然是当前技术面临的重要挑战， 由于短链PFAS是很多长链PFAS降解的必然产物， 仅以目标PFAS的降解率无法准确评估一种处理技术对PFAS的处理效果， 因此， 后续研究需要更加关注短链和超短链PFAS的降解去除. 对于BDD电化学氧化技术而言， 其中， PFAS的降解与矿化方面表现出良好的应用前景， 未来还需要在BDD电极尺寸、 电解池设计等方面进一步优化和完善， 以满足通过电化学技术实现PFAS完全无害化处理的技术需求.

本文的其它图/表

• Fig.1  SEM images of Nb/BDD₁(A), Nb/BDD₂(B), Nb/BDD₃(C), Nb/BDD₄(D), Nb/BDD₅(E) _{and Nb/BDD6(F) electrodes}
• Fig.2  Raman spectra of Nb/BDD electrodes with different boron doping levels
• Fig.3  Cyclic voltammograms in 0.5 mol/L H₂SO₄ of Nb/BDD electrodes
• Fig.4  Cyclic voltammograms in 10 mmol/L[Fe(CN)₆]^3-/4-＋0.1 mol/L KCl at different scanning rates of Nb/BDD₁(A), Nb/BDD₂(B), Nb/BDD₃(C), Nb/BDD₄(D), Nb/BDD₅(E), Nb/BDD₆(F), peak current as function as root mean square of scanning rates(G) and EIS curves(H) for different Nb/BDD electrodesInset of (H): equivalent circuit diagram.
• Fig.5  Degradation rate(A) and TOC removal rate(B) of PFOA at different current densities
• Table 1  Degradation effect of different degradation techniques on 10 mg/L PFOA
• Fig.6  Degradation rate(A) and TOC removal rate(B) of PFOA by Nb/BDD electrodes with different boron doping levelsInset of （A）： first⁃order kinetic analysis of PFOA degradation rate of different Nb/BDD electrodes.
• Fig.7  Pictures of Nb/BDD film exfoliation and their fitting plots(red for exfoliated portion, black for non⁃exfoliated portion)(A) and shedding rates(B) of the six Nb/BDD electrodes
• Fig.8  Changes in short⁃chain perfluorinated carboxylic acids concentrations during PFOA degradation(A) and degradation rate of PFOA of Nb/BDD₂ electrode under different electrolytes(B)Inset of （B）： TOC removal rate of PFOA by Nb/BDD₂ electrodes under different electrolyte conditions.