稀土摻雜鈦基SnO2電極降解苯酚的電極過程研究.pdf

1、水污染問題成為人們目前亟待解決的問題之一，由于水污染的多樣性及復(fù)雜性已對傳統(tǒng)的生物降解方法提出了嚴(yán)峻的考驗，越來越多生物難降解有機(jī)污染物的出現(xiàn)使得單一的處理方法很難滿足現(xiàn)代社會的需要。電化學(xué)氧化技術(shù)(AEOP)作為一種高級氧化技術(shù)(AOP)，由于反應(yīng)過程中可產(chǎn)生羥基自由基(·OH)，·OH具有極強(qiáng)的氧化性，可將有機(jī)污染物有效分解，甚至徹底轉(zhuǎn)化為CO2、H2O等無機(jī)物。電化學(xué)氧化技術(shù)因其具有設(shè)備體積小，不產(chǎn)生任何二次污染，易與其它處理方法

2、相結(jié)合等特性而受到廣泛關(guān)注，呈現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。
　　本實驗選用Pt、Ti/RuO2、Ti/SnO2及Ce、Dy、Eu、Gd、Nd五種稀土摻雜Ti/SnO2電極共八種電極，其中以Pt和Ti/RuO2電極作為對比電極，對電極降解苯酚的過程進(jìn)行電化學(xué)研究。以5,5-二甲基-1-吡咯氮氧化物(DMPO)為捕獲劑采用ESR法對Ti/SnO2電極電解過程進(jìn)行檢測，表明該過程有·OH生成。以苯甲酸為捕獲劑采用熒光光譜法對Pt、Ti/RuO2

3、及Ti/SnO2電極生成·OH的能力進(jìn)行比較研究。結(jié)果表明，Ti/SnO2電極產(chǎn)生·OH能力較強(qiáng)，Pt電極生成·OH的能力較弱，而Ti/RuO2電極生成·OH不明顯。以對苯二甲酸為捕獲劑采用熒光光譜法對研究電極生成·OH的能力進(jìn)行比較。研究表明，稀土摻雜可提高Ti/SnO2電極生成·OH的能力，五種稀土摻雜電極生成·OH的能力順序依次為Ti/SnO2-Ce

4、-Nd。
　　在苯酚溶液中對Pt、Ti/RuO2和Ti/SnO2三種電極采用循環(huán)伏安(CV)分析電極發(fā)生直接電催化氧化情況。結(jié)果表明，苯酚在三種電極上均可發(fā)生不可逆直接電催化氧化反應(yīng)，三種電極的苯酚氧化峰電流順序為Pt

5、流阻抗(EIS)對Pt、Ti/RuO2和Ti/SnO2三種電極進(jìn)行測試，表明苯酚在Pt和Ti/RuO2電極上存在吸附過程，在Ti/SnO2電極上不存在吸附過程。將Pt、Ti/RuO2和Ti/SnO2三種電極在[Fe(CN)6]4-/[Fe(CN)6]3-溶液中進(jìn)行不同掃速的CV測試。研究表明，Ti/SnO2電極較Pt和Ti/RuO2電極負(fù)移4mV，0'E?為0.061V，遠(yuǎn)小于Pt和Ti/RuO2EP電極，說明Ti/SnO2電極對該氧化

6、還原體系有較強(qiáng)的催化活性。
　　采用伏安掃描和極化曲線分析不同含量的Ce、Dy、Eu、Gd和Nd五種稀土摻雜Ti/SnO2電極。結(jié)果表明，Ce摻雜Ti/SnO2電極未出現(xiàn)苯酚的直接電催化氧化峰，Dy、Eu、Gd和Nd摻雜Ti/SnO2電極在摻雜含量分別為200:1、50:1、50:1和200:1時，電極具有最高的苯酚氧化峰電流；Ce、Dy、Eu、Gd和Nd摻雜Ti/SnO2電極當(dāng)摻雜含量分別為50:1、200:1、50:1、50:

7、1和200:1時，電極具有最高的析氧電位。對不同稀土摻雜Ti/SnO2電極比較表明，電極直接電催化氧化苯酚的性能和電極的析氧電位順序相同，為Ti/SnO2-Ce

8、雜電極中尤以Ti/SnO2-Ce電極的變化最為顯著，而Ti/SnO2-Nd電極則基本不變。在[Fe(CN)6]4-/[Fe(CN)6]3-溶液中對稀土摻雜電極進(jìn)行了不同掃速的CV測試，表明Ti/SnO2-Nd電極具有較好的催化活性。
　　采用CV、恒流極化和EIS等電化學(xué)方法研究了電極的失活問題，并結(jié)合掃描電子顯微鏡(SEM)和X衍射儀(XRD)等輔助手段進(jìn)行了分析。研究得出，電極的失活是由于電極表面生成電絕緣性物質(zhì)TiO2或積累

9、了大分子聚合物。為提高電極使用壽命采用分層電沉積方法制備了Ti/SnO2電極，通過SEM、原子力顯微鏡(AFM)測試表明，該方法制備的電極表面更加致密。苯酚降解測試結(jié)果表明550℃焙燒制得的電極的催化氧化活性最高，對該電極進(jìn)行的大電流壽命考察表明其壽命有所提高。
　　本論文對于電極降解有機(jī)物的電極過程進(jìn)行了詳細(xì)探討，對電極電催化性能評價體系的建立、電極的電催化氧化有機(jī)污染物的機(jī)理研究以及對有機(jī)物降解具有高催化活性電極的制備都有指導(dǎo)