钛基复合氧化物涂层电极的制备及性能研究

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随着现代工业和经济的快速发展,水污染已成为许多国家面临解决的严峻问题。其中难降解有毒有机污染物因缺乏有效的处理技术,成为水污染控制领域的难点。本文采用电催化氧化技术、以橙黄G为目标污染物,进行了电极材料的制备及应用研究。   本文采用涂刷热分解法制备了Ti/Sb-SnO2电极和Ti/Sb-SnO2/Ce电极,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和电化学实验技术等检测方法对所制备电极的微观形貌、元素组成、物相组成和电化学性能进行了分析。结果表明:Ti基体表面为蜂窝状结构,Ti/Sb-SnO2电极表面形成了SnO2晶胞,经稀土Ce改性后SnO2晶粒明显细化,电极涂层结构致密,氧化物分布均匀,SnO2衍射峰强度变强且峰形宽化。Ti/sb-SnO2/Ce电极析氯能力最强,表面稳定性和催化活性都明显提高。   分别以Ti电极、Ti/Sb-SnO2电极和Ti/Sb-SnO2/Ce电极为阳极,钛板为阴极,在无隔膜电解槽中,采用恒电流电解法对橙黄G模拟废水进行氧化降解研究。分别考察了电流密度、橙黄G初始浓度、电解质浓度和溶液初始pH值对目标污染物降解效果的影响。实验结果表明:在最佳条件i=4.8 mA/cm2,橙黄G浓度40 mg/L,NaCl浓度0.35 mol/L,pH=7时,电解30 min,不同的电极材料对橙黄G的氧化降解能力有明显差异,Ti/Sb-SnO2/Ce电极降解效果最好,Ti/Sb-SnO2电极降解效果次之,Ti电极最差,去除率分别为99.4%、96.8%和84.8%,且降解过程均符合一级反应动力学模型,速率常数分别为0.1971min-1、0.0633min-1和0.0289min-1。   通过对不同反应时间时溶液的高效液相色谱分析,发现Ti/Sb-SnO2电极和Ti电极在Na2SO4体系中降解过程较复杂,倾向于电化学转化过程,首先橙黄G吸附在阳极表面,随后被氧化为各种中间产物,然后部分中间产物继续被氧化,最终降解为CO2和H2O。在NaCl体系Ti/Sb-SnO2/Ce电极Ti/Sb-SnO2电极的氧化降解过程倾向于电化学燃烧过程,降解更为彻底,没有发现中间产物生成。通过考察不同电解质体系下的电解氧化特性(NaCl和Na2SO4),发现Ti/Sb-SnO2和Ti/Sb-SnO2/Ce电极在NaCl体系中同时存在OH和活性氯的氧化过程,在Na2SO4体系中主要OH的氧化。采用紫外可见光谱仪(UV-vis)和液相色谱-质谱联用仪(HPLC/MS)鉴定中间产物发现在NaESO4体系中主要生成分子量为319的物质和苯胺,在NaCl体系中大部分橙黄G被直接降解为CO2和H2O,并进一步推导出可能的降解路径。
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