電化學(xué)處理有機(jī)廢水電極材料的制備與性能研究.pdf

1、電化學(xué)氧化技術(shù)以無二次污染、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)在處理生物難降解有機(jī)廢水領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。電極材料是電化學(xué)氧化過程的核心,電極效率是制約電化學(xué)氧化處理廢水技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵。本研究針對目前電極材料催化效率較低的問題,研究了不同電極材料的制備方法及改性技術(shù)對電極性能的影響規(guī)律和機(jī)理,主要包括鈦基錫系形穩(wěn)陽極、石墨基氣體擴(kuò)散陰極和殼聚糖基有機(jī)高聚物粒子電極;并通過酚類物質(zhì)的降解歷程分析了不同電化學(xué)過程對有機(jī)物的降解機(jī)制;為高性能電化學(xué)處理廢水

2、電極的制備及應(yīng)用提供了可靠的理論基礎(chǔ)。
　　通過鈰組稀土元素?fù)诫s對鈦基錫系電極(Ti/Sb-SnO2)進(jìn)行了改性,比較分析了摻雜改性前后電極電解處理模擬對硝基苯酚(p-NP)廢水的效果,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明以摻雜稀土La改性后的鈦基錫系電極效果最好。相同電解條件下,摻雜稀土比例摩爾比為 Sn︰Sb︰La=100︰10︰2的改性電極處理模擬對硝基苯酚廢水的降解率為92.8％,遠(yuǎn)高于未改性電極的降解率(72%)。
　　對摻雜改性后電極涂

3、層的形貌進(jìn)行了掃描電鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)、X射線能譜(EDS)、X射線電子能譜(XPS)分析,并利用電化學(xué)線性伏安掃描(LSV)測定了電極的電化學(xué)性能,深入探討了稀土摻雜改性電極的機(jī)理。檢測結(jié)果表明:稀土元素?fù)诫s使電極涂層更加均勻致密且晶粒細(xì)化,電極比表面積增大,反應(yīng)活性點(diǎn)增加;摻雜引起元素在電極表面富集,以及電極析氧過電位升高是電極性能改善的主要原因。另外稀土元素?fù)诫s引起涂層內(nèi)部氧空位缺陷以及吸附氧的增多,也是電極催化性

4、能提高的重要因素。
　　通過在鈦基錫系電極涂層中分別添加含Mn、Ni、Co及Cr元素的中間層,開展了延長電極使用壽命的研究,強(qiáng)化電極壽命測試表明:添加Mn中間層的電極使用壽命是未添加中間層電極的4倍。經(jīng)SEM分析,摻雜Mn中間層的電極涂層裂縫明顯減少,表面突起較多,說明Mn中間層的加入使涂層中的元素相互固溶,增加了與基體的結(jié)合力,較好的阻止了電解過程中電解液及氧對鈦基體的腐蝕和氧化,較大的比表面積保證了電極的電催化性能不受影響。<

5、br>　　利用石墨和聚四氟乙烯(PTFE)制備了高性能氣體擴(kuò)散陰極,并考察了電極材料配比、制備條件等對電極性能的影響。實(shí)驗(yàn)表明:在石墨與PTFE的質(zhì)量比為2︰1,電極膏體碾壓壓力為10MPa,焙燒溫度330℃的較佳條件下,造孔劑是影響石墨氣體擴(kuò)散電極性能的主要因素。以 NH4HCO3為造孔劑時(shí)效果最好,體系中H2O2的產(chǎn)量比沒有造孔劑時(shí)提高了232%。SEM和孔隙率測定顯示NH4HCO3造孔劑使電極氣、液相孔道增多是提高電極催化性能的根

6、本。另外,通過在陰極摻雜稀土元素證明,適量稀土元素Tm和Ce的摻雜對氣體擴(kuò)散陰極的催化還原性能也具有一定促進(jìn)作用。
　　利用交聯(lián)殼聚糖及其接枝四氨基鈷酞菁產(chǎn)物,制備了殼聚糖基有機(jī)高聚物粒子電極,并將粒子電極與鈦基錫系電極構(gòu)成三維電極體系氧化降解酚類物質(zhì)。三維電極增大了電解槽的面體比,電解效率好于平板(二維)電極,達(dá)到與平板電極相同降解效率時(shí)所用電解時(shí)間僅為平板電極的一半。其中接枝四氨基鈷酞菁的交聯(lián)殼聚糖做粒子電極時(shí)效果最好,酚類物

7、質(zhì)最終降解率比活性炭粒子電極高出7%左右。
　　通過對不同酚類物質(zhì)在陽極氧化及電芬頓氧化作用下降解過程的紫外光譜測定,推斷了酚類物質(zhì)的降解歷程,并探討了不同電化學(xué)氧化過程對酚類物質(zhì)的氧化機(jī)制。實(shí)驗(yàn)表明:在陽極氧化作用下降解的p-NP廢水體系中,明顯有中間產(chǎn)物累積,說明陽極氧化過程中除了產(chǎn)生羥基自由基的間接氧化作用外,對有機(jī)污染物逐步氧化的直接氧化作用也占重要比重;在電芬頓氧化作用下降解的苯酚廢水體系中,并沒有明顯的中間產(chǎn)物積累,說