TiO2-Ti-Cu2O-Cu光催化廢水燃料電池的設(shè)計(jì)與性能研究.pdf

1、大量未經(jīng)處理的有毒有害物質(zhì)、工業(yè)廢水以及居民生活污水直接排放進(jìn)入水體，不僅造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)破壞，而且影響居民的日常生活甚至威脅人體的健康和安全。生物法等傳統(tǒng)污水處理技術(shù)難以滿足日益嚴(yán)格的處理要求，也無(wú)法有效利用污水中所含的大量化學(xué)能，是一種巨大的能源浪費(fèi)。本論文設(shè)計(jì)了一個(gè)新型的TiO2/Ti-Cu2O/Cu光催化廢水燃料電池（PFC），并針對(duì)污水中有機(jī)污染物尤其是難以生物降解的污染物的高效降解，以及降解過(guò)程中的化學(xué)能的轉(zhuǎn)化利用

2、展開(kāi)了研究。
　　首先，論文在HF-H2O介質(zhì)和含氟離子的檸檬酸介質(zhì)中，利用電化學(xué)陽(yáng)極氧化法制備了不同規(guī)格（管長(zhǎng)、管徑）的TiO2納米管陣列薄膜電極（TNA），濕式化學(xué)法制備了Cu2O納米線薄膜電極，并采用電鏡掃描（SEM）技術(shù)觀察材料表面結(jié)構(gòu)。
　　其次，論文以TNA為光陽(yáng)極，Cu2O納米線薄膜電極為光陰極，構(gòu)建了TiO2/Ti-Cu2O/Cu光催化廢水燃料電池，并針對(duì)陽(yáng)極材料、電解質(zhì)種類(lèi)和濃度、溶液pH值、底物種類(lèi)和濃度

3、、光照強(qiáng)度等因素對(duì)PFC電池性能進(jìn)行了優(yōu)化研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PFC具有良好的光電響應(yīng)，且經(jīng)過(guò)對(duì)比后發(fā)現(xiàn)管長(zhǎng)越長(zhǎng)的TNA，其于PFC體系中的短路電流（Jsc）和最大輸出功率密度（JVmax）也越大。當(dāng)pH為7，電解質(zhì)選擇0.10 mol L-1的標(biāo)準(zhǔn)磷酸鹽溶液，底物為0.05 mol L-1的葡萄糖時(shí)，在100 mW cm-2光強(qiáng)下，PFC的Jsc可達(dá)0.24 mA cm-2，JVmax可達(dá)0.44×10-4 W cm-2。
　　

4、最后，論文還選擇了三種偶氮染料為底物對(duì)PFC的光催化降解性能以及體系穩(wěn)定性展開(kāi)了研究。結(jié)果顯示，PFC體系具較好穩(wěn)定性和降解能力，在100 mW cm-2下光照8 h，對(duì)甲基橙、亞甲基藍(lán)、剛果紅的脫色率分別達(dá)67％、88%和63%，在電極光照面積僅為1 cm2時(shí)，對(duì)亞甲基藍(lán)溶液的TOC去除率最高可至38%。實(shí)驗(yàn)也證實(shí)偶氮染料的光降解符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，反應(yīng)速率常數(shù)分別為0.2708 h-1（亞甲基藍(lán)）、0.1356 h-1（甲基橙）、0