钙钛矿SrxLa1-xMnyCo1-yO3-δ电极和电催化氧化有机废水的研究

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电催化氧化技术可有效净化有机废水,但是如何制备高效、稳定和低成本的阳极材料成为制约该技术发展的关键问题之一。本论文利用溶胶凝胶法制备出钙钛矿型SrxLa1-xMnyCo1-yO3-δ材料,然后将其与导电剂和粘结剂等均匀混合后涂敷在钛板上制成阳极对有机废水进行净化,并对相关机制进行研究。该论文的选题具有重要的理论意义和良好的应用价值。
  本论文选用柠檬酸作为络合剂,通过水浴加热、鼓风干燥、高温煅烧等工序按照不同的物料比制备出11种钙钛矿,分别是初始的LaCoO3,B位掺杂Mn的LaMnyCo1-yO3-δ(Mn∶Co=1∶9,1∶4,3∶7,2∶3,5∶5,均为n∶n),继而在A位掺杂Sr的SrxLa1-xMn0.4Co0.6O3-δ(Sr∶La=1∶9,1∶4,3∶7,2∶3,5∶5,均为n∶n)。通过SEM、FT-IR、XRD、EDS等测试手段对钙钛矿的物理性质进行了表征分析,并利用EIS、CV、LSV、Tafel曲线等测试了代表性钙钛矿电极的电化学性能。为了优化电解的工艺条件,将200mg/L的氨氮(用硫酸铵配制)和20mg/L的甲基橙混合液作为模拟废水,将污染物去除率、COD去除率和电流效率作为评价的指标,对电解时间、电解温度、电流密度、溶液的pH、氯离子浓度等因素进行了研究。此外,在同样体系下考察了电极材料的稳定性、重复使用性和普适性,并通过自由基猝灭实验来确定电解过程中起到主要作用的氧化活性物质。最后在最佳的工艺条件下,考察新型电极对实际有机废水如垃圾渗滤液的降解情况并评估其能耗。
  表征结果证明合成出的材料均具有明显的钙钛矿结构,而且元素按照预期的比例成功地掺杂进入到钴酸镧晶格中。电化学测试和电解结果均表明当物料比为Mn∶Co=4∶6和Sr∶La=3∶7时,钛基钙钛矿电极Ti/Sr0.3La0.7Mn0.4Co0.6O3-δ的活性最高,该电极在最佳电解条件下,即T=25℃,t=60min,i=20mA/cm2,pH=9,CCl-=2000mg/L时,模拟废水中氨氮和甲基橙的去除率分别达到98.23%和99.61%。考察结果表明电极在五次循环使用后氨氮的去除率仍然能够保持在95%以上,而且对氨氮与不同染料如亚甲基蓝、酸性橙7、罗丹明B的复配体系均表现出良好的降解效果。在对垃圾渗滤液电解2h后,COD的去除率达到85.43%,氨氮去除率达到96.12%,计算出的能耗为26.88kWh(Kg COD)-1。本课题所设计制备的新型钙钛矿电极具备良好的综合性能,有望在有机废水净化领域发挥重要作用。
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