基于TiO-,2-光電催化的新型化學(xué)需氧量測定方法的研究.pdf

1、水是生命之源。我國人均水資源少，且時空分布不均，再加之水資源浪費巨大，水污染問題突出，對水資源缺乏合理的開采和利用，造成水資源短缺。它將成為二十一世紀制約我國社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要因素。水環(huán)境是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中最重要、最基本的內(nèi)容，直接關(guān)系到我國現(xiàn)代化建設(shè)的成敗。環(huán)境監(jiān)測部門的一大重任就是防治水環(huán)境污染，而污水能否達標排放由污水的污染指數(shù)決定，其中最重要的指標是污水的化學(xué)需氧量值(COD)。COD是用氧化劑(如重鉻酸鉀或高錳酸鉀)在一

2、定條件下氧化水中有機污染物質(zhì)和一些還原物質(zhì)所需的氧量，以每升水樣消耗氧的毫克數(shù)表示?；瘜W(xué)需氧量往往作為衡量水中有機物質(zhì)含量多少的指標，是水質(zhì)監(jiān)測的重要參數(shù)之一。具有光催化活性的TiO<,2>在一定能量的光激發(fā)下，產(chǎn)生具有強氧化性的羥基自由基，可將水中污染物進行深度降解。利用此原理可望實現(xiàn)對有機污染物的快速、實時監(jiān)測，為環(huán)境污染物的監(jiān)測提供一種全新的理念和思路。 本論文制備并表征了不同的具有光催化活性TiO<,2>薄膜電極，探

3、討了TiO<,2>薄膜電極的光催化氧化有機物的機理，提出了一種對有機物進行電助光催化氧化降解，進而對水體化學(xué)需氧量進行測定的新方法。本方法主要是利用這些電極對水體中有機物進行電助光催化氧化，再通過測定氧化有機物過程中在工作電極上收集到的信號(如電流)來對水體的化學(xué)需氧量進行準確地測定。所研究的方法具有靈敏度高、線性范圍寬，單樣分析時間短、操作簡單和環(huán)境友好等特點，且與COD標準分析法比對具有好的相關(guān)性，能夠?qū)崿F(xiàn)對污水COD的快速檢測，為

4、水質(zhì)分析提供了有效的手段。 第一章 本部分對具有光催化活性的TiO<,2>制備、光催化性能和機理、應(yīng)用及化學(xué)需氧量檢測等領(lǐng)域的現(xiàn)狀和進展作了闡述，對當(dāng)前領(lǐng)域的發(fā)展作了詳細的概括和介紹。 第二章 本章利用陽極氧化技術(shù)結(jié)合激光煅燒的方法制備了Ti/TiO<,2>電極。X射線衍射(XRD)結(jié)果表明制得的TiO<,2>薄膜的晶型主要是銳鈦礦型。通過交流阻抗(EIS)法和光催化氧化亞甲基蘭(MB)的實驗研究了Ti/TiO<

5、,2>電極的光催化性能。在實驗過程中，探討了Ti/TiO<,2>電極電助光催化降解有機物的機理。為了研究電極深度礦化有機物的情況，還考察了降解過程中反應(yīng)液化學(xué)需氧量的去除率，利用激光煅燒和馬弗爐燒結(jié)制得的不同Ti/TiO<,2>電極對亞甲基蘭溶液電助光催化降解150 min后，亞甲基蘭溶液的脫色率(Dt)分別為97.3％和88.8％，反應(yīng)液COD的去除率(De)分別為82.0％和68.0％，對有機物的深度礦化選擇系數(shù)(S)分別為87.

6、5％和76.6％。 第三章本章采用溶膠-凝膠結(jié)合激光煅燒的方法制備了Ti/TiO<,2>電極，并將該電極作為安培傳感器，與流動注射分析(FIA)聯(lián)用，應(yīng)用于水體化學(xué)需氧量的測定。本方法是利用Ti/TiO<,2>電極對水樣中的有機物進行電助光催化氧化，在反應(yīng)同時通過采集工作電極上產(chǎn)生的電流信號來對水體的COD值進行定量的。以鄰苯二甲酸氫鉀(KHP)為模擬物，考察了本方法測定COD的效果，實驗結(jié)果表明，COD值在50～1000 m

7、gl<'-1>的范圍內(nèi)，Ti/TiO<,2>電極上產(chǎn)生的電流響應(yīng)信號與水樣中的COD<,Cr>值成正比例關(guān)系，本方法檢出限為15 mgl<'-1>(S/N=3)。將該方法用于實際水樣測定，分析時間短，減少了對環(huán)境的二次污染，本方法與國家COD標準分析法進行比對具有好的相關(guān)性。另外，還將用激光煅燒制備的和馬弗爐煅燒制備的Ti/TiO<,2>電極進行了對比研究，結(jié)果表明，利用激光煅燒制備的傳感器具有更好的光催化活性，用于水體COD值的測定也

8、具有更高的檢測靈敏度。 第四章本章制備了Ti/TiO<,2>/PbO<,2>電極并研究了其對水中有機物的光-電協(xié)同催化氧化作用。以Ti/TiO<,2>/PbO<,2>電極作為工作電極，采用流動注射法來快速檢測水體化學(xué)需氧量，并同電催化、電助光催化法進行了比較。實驗結(jié)果表明，以Ti/TiO<,2>/PbO<,2>電極作為安培傳感器，利用光.電協(xié)同催化的方法， COD值檢測線性范圍在30～2500 mgl<'-1>，檢測限達到