1．引言

过氧化氢被称为”最清洁”的化工产品，同时作为强氧化剂、漂白剂、消毒剂、脱氧剂普遍应用于化工合成、造纸业、纺织业、电子产业、食品厂、废水处理厂等领域，特别是在废水处理方面具有成效高、不造成二次污染等优点^[1][2]。在废水处理中过氧化氢常用作为芬顿试剂，与亚铁离子反应生成具有强氧化性的羟基自由基，并与废水中的有机污染物反应从而使污染物得到降解^[3]。本研究拟采用具有催化活性、吸附性和良好导电性的碳纤维^[4]作为阴极通过电化学还原产生过氧化氢来实现现场生成过氧化氢的目标。通过这种在线生成过氧化氢的方法与芬顿法相结合的电芬顿技术^[5]，改进了传统的芬顿法。在应用中不需要额外投加过氧化氢,避免了储存或运输高浓度过氧化氢产生的潜在危险；可以实现电芬顿亚铁试剂的再生并减少污泥量^[6]。

2.电化学原理

在反应装置电解池中，电源阳极连接阳极电极，电源负极连接阴极电极；并对阴极电极进行曝气而得到大量的溶解氧，使阴极上氧分子得到电子发生还原反应生成过氧化氢，在阳极上水失去电子发生氧化反应生成氧气^[7]。化学反应式如下：

阴极反应：O₂ 2H 2e^-→H₂O₂

阳极反应：2H₂O→O₂ 4H 4e^-

3.电极材料

3.1阴极材料

碳纤维是一种新型的碳材料，具有以微孔为主的多孔结构，且孔径小及分布窄、含碳量高、比表面积大、吸附量大等特点，以纱、线、布、毡等形式使用^[8]。碳纤维有容量大、速度快、灵敏度高和吸附层薄等吸附特性、具有优良的导电性、氧化还原性能、具有气相氧化、催化还原的催化特性以及柔韧性等性能^[9][10]。

碳纤维作为阴极氧还原备选材料具有的优势是无毒性、析氢电位高、对H₂O₂催化分解活性低、化学稳定好、导电性和抗腐蚀性好^[11]。碳纤维的性能比石墨性能好，碳纤维的析氢电位比石墨的高，比表面积大和吸附性使与氧气充分接触的特性。曾海燕等研究者^[23]分别采用石墨和炭纤维作为阴极材料对产生H₂O₂的影响进行对比，发现经过240min的电解时间后，炭纤维电极上H₂O₂的产率大约是石墨板电极的7倍。