掺杂Ti/SnO2电极在电化学水处理中的性能研究

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水污染问题已经成为人类目前面临的重大问题之一,并且有加剧趋势:水污染的复杂性及多样性使传统基于生物净化处理的方法面临严峻的考验:越来越多生物难降解有机污染物的出现使得单一的传统的处理方法很难满足现代社会的需要。电化学催化氧化技术具有传统技术无法比拟的优点:譬如氧化能力强、可控制性强、反应条件温和、占地面积小、对环境友好,与其它处理方法容易相结合等,呈现出非常广阔的应用前景。研制具有优异的电化学性能,且适合环境污染物去除的电极对于电化学水处理技术的应用具有重大的意义,也是当前国内、国外研究的重点和热点问题。本论文采用不同的工艺制备了掺杂Ti/SnO2电极,并结合SEM、EDS和XRD对电极进行表征分析,对掺杂Ti/SnO2电极降解有机污染物的性能、电化学特性和生成臭氧的性能开展了研究。研究发现,掺杂Ti/SnO2电极表面涂层主要为四方金红石相SnO2,不同工艺制备的掺杂Ti/SnO2电极表面形貌和组成、结构都存在较大差异,受电极表面结构和电极热处理过程的影响,电极表层各元素含量差别显著;增加中间层的制备可以改善电极的形貌结构,有助于提高电极性能。对所制备电极降解目标有机物甲基磺胺嘧啶的研究表明,掺杂Ti/SnO2电极氧化降解磺胺二甲嘧啶的速率受电流大小和溶液pH的影响,酸性条件下有利于电极对磺胺二甲嘧啶及其中间产物的氧化降解过程。循环伏安曲线测试表明,掺杂Ti/SnO2电极上磺胺二甲嘧啶未发生明显的直接电催化氧化过程,但存在间接氧化过程,而酸性条件下电极的析氧电位更高,有助于氧化降解有机物。对所制备电极生成臭氧的性能研究表明,液相臭氧含量饱和速率受电流大小影响,存在最佳值;液相臭氧饱和浓度与电解液的体积无关,但电解液的体积会影响液相臭氧达到饱和浓度的时间。本研究工作将有助于推动电化学技术在水处理系统中的应用,对高催化活性电极的制备有一定的指导意义。
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