新型纳米电极电催化处理有机污染物的研究

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电化学氧化技术在难降解有机废水的处理方面,与其它技术相比,具有设备体积小、反应条件温和、不产生二次污染、易与其它处理方法结合等优点,因此,近年来在有机废水的降解领域备受关注。电化学处理有机污染物的反应多在阳极区域完成,因此,具有高的稳定性与电催化性能的阳极材料的开发一直是电化学领域研究的热点。钛基氧化物电极在电催化处理有机废水领域显示出良好的应用前景。近年来,不少国内外学者对此进行了大量的研究,并取得了很大的进展。但仍存在诸多的问题有待解决。如何进一步提高电极材料的稳定性以及电催化性能仍是今后的一大研究热点。   本文用电沉积法制备了新型掺杂纳米管膜电极。考察并优化了电沉积法制备电极活性层的参数;研究了基体结构对电极性能的影响;并采用电沉积法制备了二元掺杂的TiO2-NTs/SnO2-Sb-Fe电极,探究了二元掺杂与一元掺杂电极间存在的差异及其内在机理。主要结论如下:⑴电沉积法制备TiO2-NTs/SnO2-Sb电极的过程中,最佳条件是:沉积电流密度为2 mA/cm2;锑、锡依次沉积,电极在锑溶液中的沉积时间为2 min,在锡溶液中的沉积时间为26 min40 s;锑、锡沉积过程各重复两次。⑵电极的基体及其结构对电极各方面的性能有很大的影响。研究表明,作为电极基体,二氧化钛纳米管的最佳管径为85 nm、管长为5μm(阳极氧化制备纳米管的最佳制备电压为45 V,制备时间为3 h),对应电极的析氧电位约为1.88 V,降解实验中,在10 mA/cm2的电流密度下,经过2 h的降解,苯酚的去除率高达70%。基体纳米管的管径过大或过小都对电极的电催化性能不利。⑶LSV测试、SEM表征以及电化学阶跃分析表明,铁元素的引入能够使得二元锑、铁掺杂TiO2-NTs/SnO2-Sb-Fe电极,在一元掺杂TiO2-NTs/SnO2-Sb电极的基础上进一步提高各方面的性能。研究表明锡沉积液中硫酸铁的最佳含量为0.005 M。
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