实验处理水样为含甲硝唑模拟废水，由甲硝唑与蒸馏水配置而成，实验所用材料及药剂见表1。

实验选用自制光助电催化氧化反应器，见图1。

反应器容积为1 000 mL，电极选用Ti/Ru-Ir电极作为阳极，不锈钢电极作为阴极，电极尺寸为50 mm×80 mm，厚度为2 mm，阴阳极中间装载28 W低压紫外灯，实验所选用的其他仪器及设备见表2。

取一定量甲硝唑，与蒸馏水混合配置成一定浓度的含甲硝唑模拟废水，每次实验取800 mL含甲硝唑模拟废水于光助电催化氧化反应器中，利用NaOH溶液（0.01 mol/L）和HCl溶液（0.01 mol/L）调节模拟废水初始pH，添加一定量的电解质NaCl，接通电源，调节电源参数，接通低压紫外灯，反应过程中利用磁力搅拌器进行匀速搅拌，反应时间为30 min，分别在反应开始后5、10、15、20和30 min时取样，测定甲硝唑浓度。

采用响应曲面法分析实验数据，得出最佳实验效果和实验参数。

水溶液中甲硝唑浓度采用Agilent高效液相色谱仪进行测定，采用C18液相色谱柱，流动相为乙腈与水的混合溶液（20∶80），流速为1 mL/min，注射体积为20 μL，检测波长为227 nm。

含甲硝唑模拟废水初始pH是影响光助电催化氧化反应进行的重要因素，pH会影响水溶液中自由氯、·OH及部分有机物的存在形态，因此，实验探究了不同初始pH对甲硝唑降解效果的影响。实验采用Ti/Ru-Ir电极为阳极，不锈钢电极为阴极，电极间距为35 mm，电流密度为20 mA/cm²，甲硝唑初始浓度为25 mg/L，电解质浓度为6 g/L，反应时间30 min内，甲硝唑降解效果随时间变化关系见图2。

在电极间距、电流密度、甲硝唑初始浓度、电解质浓度相同的条件下，不同初始pH 值对模拟废水中甲硝唑去除效果有所不同。图2可见，初始pH为3时，模拟废水中甲硝唑去除率为99.2%，初始pH为5、7、9、11时，模拟废水中甲硝唑去除率分别为60.4%、75.4%、73.8%和58.3%。实验过程中，随着初始pH的升高，甲硝唑降解效果逐渐降低，这是由于在酸性条件下，反应过程中产生的自由氯（HOCl/OCl⁻）主要以HOCl的形式存在，在碱性条件下，则主要以OCl⁻的形式存在，而HOCl的光量子产率大于OCl⁻。因此，酸性条件下更有利于Cl·和·OH的形成^[11]，对水体中甲硝唑降解效果则更好。

实验探究了不同甲硝唑初始浓度对甲硝唑降解效果的影响，实验采用Ti/Ru-Ir电极为阳极，不锈钢电极为阴极，电极间距为35 mm，电流密度为20 mA/cm²，电解质浓度为6 g/L，初始pH为3，反应时间30 min内，甲硝唑降解效果随时间变化关系见图3。

图3可见，在电极间距、电流密度、电解质浓度和初始pH相同的条件下，不同甲硝唑初始浓度对模拟废水中甲硝唑去除效果有所不同。甲硝唑初始浓度为25 和50 mg/L时，模拟废水中甲硝唑去除率分别为99.3%和99.4%，甲硝唑初始浓度为75、100和125 mg/L时，模拟废水中甲硝唑去除率分别为95.3%、90.9%和77.1%。由此可见，甲硝唑初始浓度为25和50 mg/L时，模拟废水中甲硝唑降解效果要优于甲硝唑初始浓度为75、100和125 mg/L时。这可能是由于随着甲硝唑初始浓度的增加，导致反应过程中产生的甲硝唑氧化副产物也随之增多并与甲硝唑竞争水溶液中的强氧化性基团，致使模拟废水中甲硝唑去除效果降低。

在反应过程中，NaCl是自由基的主要产生来源，因此电解质NaCl的浓度是影响光助电催化氧化反应进行的重要因素。实验探究了不同电解质NaCl浓度对甲硝唑降解效果的影响，实验采用Ti/Ru-Ir电极为阳极，不锈钢电极为阴极，电极间距为35 mm，电流密度为20 mA/cm²，甲硝唑初始浓度为25 mg/L，初始pH为3，反应时间30 min内，甲硝唑降解效果随时间变化关系见图4。

在电极间距、电流密度、初始pH、甲硝唑初始浓度相同的条件下，不同电解质NaCl浓度对模拟废水中甲硝唑去除效果有所不同。图4可见，电解质NaCl浓度为4和6 g/L，反应20 min时，模拟废水中甲硝唑去除率分别为99.2%和99.3%，而电解质NaCl浓度为2、8和10 g/L，反应20 min时，模拟废水中甲硝唑去除率分别为91.1%、92.5%和83.5%。由此可见，甲硝唑降解效果随着电解质NaCl浓度的增加先增高后降低，这主要是由于氯是自由基的主要产生来源，随着水溶液中NaCl的增多，通过析氯反应和UV辐照可产生Cl·和·OH，在所需氯浓度饱和前，体系中自由氯的增加会产生更多的Cl·和·OH，有利于甲硝唑的降解^[12-13]。同时，氯又可以捕获自由基，当NaCl超过一定浓度，过量游离氯会与Cl·和·OH发生抵消现象，限制甲硝唑降解效果的增长^[14]。

电流密度是影响光助电催化氧化反应进行的重要因素，实验探究了不同电流密度对甲硝唑降解效果的影响。实验采用Ti/Ru-Ir电极为阳极，不锈钢电极为阴极，电极间距为35 mm，初始pH为3，甲硝唑初始浓度为25 mg/L，电解质浓度为6 g/L，反应时间30 min内，甲硝唑降解效果随时间变化关系见图5。

在电极间距、电解质浓度、初始pH、甲硝唑初始浓度相同的条件下，不同电流密度对模拟废水中甲硝唑去除效果有所不同。图5可见，电流密度为20 mA/cm²，反应进行到20 min时，模拟废水中甲硝唑去除率为99.4%，甲硝唑降解效果要优于电流密度为10、15、25和30 mA/cm²时的甲硝唑降解效果。这是由于随着电流密度的增大，析氯反应加快，水溶液中自由氯增多，有利于产生Cl·和·OH，进而降解甲硝唑，当电流密度增大到一定程度，水溶液中自由氯饱和，过量的自由氯与Cl·和·OH发生抵消现象，减缓反应体系对甲硝唑的降解效率。

电极间距能够直接影响电极间的传质情况，实验探究了不同电极间距对甲硝唑降解效果的影响。实验采用Ti/Ru-Ir电极为阳极，不锈钢电极为阴极，电流密度为20 mA/cm²，初始pH为3，甲硝唑初始浓度为25 mg/L，电解质浓度为6 g/L，反应时间30 min内，甲硝唑降解效果随时间变化关系见图6。

在电流密度、电解质浓度、初始pH、甲硝唑初始浓度相同的条件下，不同电极间距对模拟废水中甲硝唑去除效果相差不大。由图6可见，电极间距为35 mm时，模拟废水中甲硝唑去除率为99.3%，模拟废水中甲硝唑降解效果略优于电极间距为40、45、50和55 mm时的甲硝唑降解效果。这主要是由于在一定的间距范围内，随着电极间距的减小，极板间的传质速率加快，Cl·和·OH利用率增高，有利于氧化反应的进行。

根据光助电催化氧化降解水体中甲硝唑单因素实验，确定响应面法主要研究因素及水平，选取初始pH、甲硝唑初始浓度、电解质浓度和电流密度为自变量，采用BBD（Box-Behnken Design）法进行四因素三水平的响应面优化实验设计，其中X.*?>=_>1=初始pH，X.*?>=_>2=甲硝唑初始浓度，X.*?>=_>3=电解质浓度，X.*?>=_>4=电流密度，Y= C/C.*?>=_>0。设计的响应面实验方案与实验结果见表3。方差分析结果见表4。

表4可知，4个影响因素作用效果显著，其显著性顺序为：初始pH>甲硝唑初始浓度>电解质浓度>电流密度。各因素间的交互作用见图7。

通过模型预测得出光助电催化氧化降解水体中甲硝唑实验最佳实验条件：在初始pH为3、甲硝唑初始浓度为25 mg/L、电解质浓度为5.3 g/L、电流密度为20.7 mA/cm²、电极间距为35 mm的条件下，甲硝唑去除率为99.7%。为验证预测结果，在上述最优实验参数组合条件下进行实验，甲硝唑去除率为99.6%，略低于预测值，说明该模型对光助电催化氧化降解水体中甲硝唑的条件优化及实验结果预测较为准确。

实验以光助电催化氧化法降解水体中甲硝唑，通过考察各种因素对实验的影响得出以下结论：

1）光助电催化氧化降解水体中甲硝唑影响因素主次关系为：初始pH>甲硝唑初始浓度>电解质浓度>电流密度。

2）以Ti/Ru-Ir电极为阳极，不锈钢电极为阴极，在初始pH为3、甲硝唑初始浓度为25 mg/L、电流密度为20.7 mA/cm²、电解质浓度为5.3 g/L、电极间距为35 mm的条件下，处理效果最佳，甲硝唑去除率可达到99.6%。