Ti基PbO2阳极、Cu-Pd阴极的制备及其对罗丹明B、硝酸根的催化性能研究

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本论文基于电化学法处理污染物具有降解速率快、反应彻底、对高毒性/难生物降解的污染物降解能力强、环境兼容性好等优势,针对印染废水中的染料(以RhB为例)和N03-,分别制备了以Ti板为基底的Ti/TiO2-NTs/Ce-PbO2阳极电极材料及Ti/CNTs/Cu-Pd阴极电极材料。通过对电极微观结构、微区成分及其分别对水中RhB、NO3-的去除效果等性能指标的研究,反馈到电极的制备过程中,优化电极的制备工艺参数。论文首先通过阳极自氧化法在Ti板表面刻蚀出一层Ti02纳米管,然后通过恒电流法共沉积得到Ti/TiO2-NTs/Ce-PbO2电极,并根据电极对RhB的降解效果优化了制备条件:在含3 mM Ce(NO3)3的Pb(NO3)2沉积液中沉积60 min得到的Ti/TiO2-NTs/Ce-PbO2催化活性最高。Ce元素以Ce(Ⅳ)形式掺杂入Pb02晶格,并引起了β(101)和β(200)晶面的转换。掺杂后的电极结构紧密、晶面光滑,在加速寿命实验中的稳定时间延长了2.3倍,电极的析氧过电位也由原来的1.72 V提高到1.81 V。Ti/TiO2-NTs/Ce-PbO2氧化降解RhB是由电解过程中产生的活性自由基引发的;电流密度越大,电极对RhB的降解效果越好,但电流效率越低;电极在酸性(2.0)至准中性(5.2)这一较宽的pH范围内能够实现对RhB的高效脱色和矿化;电极对RhB的浓度变化敏感,但总的来说电极对RhB的脱色能力突出,40 min即可使150mg/L RhB的色度降至检测限以下;印染废水中大量C1-的存在能够促进电极对RhB的降解,且C1-浓度越高,促进作用越明显。论文通过电泳沉积法将CNTs均匀地沉积到Ti板表面,得到电化学活性高、稳定性好的Ti/CNTs。根据金属沉积的LSV曲线及电极对N03-的催化还原活性,优化了制备过程中的相关工艺参数:共沉积电位-700 mV、沉积时间5 min。共沉积过程中Pd的沉积速率比Cu快,故电极表面的Pd/Cu原子比比沉积液中大。两种金属均匀地沉积在CNTs表面并形成了合金。在不同Cu/Pd比的电极中,Ti/CNTs/Cu5-Pd5兼具高催化活性、高N2选择性及良好的稳定性,是理想的N03-催化还原电极。通过SEM、XPS等分析表征手段对Ti/Cu5-Pd5及Ti/CNTs/ Cu5-Pd5的相关研究表明,CNTs表面的大量官能团为金属提供了充分的活性位点,有利于Cu-Pd均匀分布、保持高度分散的状态,优化了材料的微观结构,对电极的催化活性、产物选择性及稳定性有明显的促进作用。综上所述,利用本论文中的方法制备的阳极及阴极材料,具备催化活性高、去除能力强、产物选择性好、性能稳定等优势,具有较高的研究价值和较好的应用前景。
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