錫銻氧化物-二氧化鈦納米管結(jié)構(gòu)組裝及光電一體化催化降解研究.pdf

1、本論文將具有優(yōu)異電催化性能的錫銻氧化物電催化劑控制組裝到具有高效光催化性能的二氧化鈦納米管光催化劑上，構(gòu)筑了具有不同結(jié)構(gòu)的二氧化錫/二氧化鈦納米管新穎電極(SnO2/TiO2-NTs)，著重研究了電極結(jié)構(gòu)跟高效光電催化氧化性能之間的關(guān)系，并進(jìn)一步借助電極優(yōu)良的光電催化氧化能力和優(yōu)化的工藝組合，實(shí)現(xiàn)了同一反應(yīng)過(guò)程中同一光電催化材料表面的光電協(xié)同催化氧化降解污染物。主要有以下五部分研究?jī)?nèi)容：
　　 (1)一種同時(shí)兼?zhèn)鋬?yōu)異光電特性的樁

2、式結(jié)構(gòu)SnO2/TiO2-NTs電極的構(gòu)筑及其光電催化氧化苯甲酸研究
　　 通過(guò)電化學(xué)陽(yáng)極氧化方法制備了管徑約60～90nm，管壁厚約10～20nm的高度有序TiO2納米管陣列，并以此有序管陣列為模板，在真空狀態(tài)下，將具有超低潤(rùn)濕鋪展性質(zhì)的錫銻溶膠凝膠植入TiO2納米管，構(gòu)筑了樁式結(jié)構(gòu)SnO2/TiO2-NTs電極。制備得到電極的錫銻氧化物微粒細(xì)小，粒徑約20nm，SnO2/TiO2-NTs電極錫銻氧化物的負(fù)載量為21.43g

3、m-2，負(fù)載量相對(duì)于SnO2/Ti電極幾乎提高2倍。SnO2晶胞常數(shù)變小，TiO2的晶格參數(shù)變大，TiO2-NTs和錫銻氧化物更加緊密、牢固結(jié)合。在電催化氧化性能上，與SnO2/Ti電極相比，SnO2/TiO2-NTs電極的陽(yáng)極峰電位和陰極峰電位的差值減小了60mV，電極的可逆性和電催化性能顯著提高，且在電化學(xué)穩(wěn)定性和抗失活性能上明顯提高。TiO2納米管植入SnO2后，納米管的禁帶寬度從3.22eV降到2.93eV，光電轉(zhuǎn)化效率由原先的

4、8.2％提高到26.1％；在光電催化方面，無(wú)紫外光照時(shí)，SnO2/TiO2-NTs電極對(duì)苯甲酸降解的初始瞬時(shí)電流效率26.8％，而SnO2/Ti電極只有13.3％；紫外光照時(shí)SnO2/TiO2-NTs電極對(duì)苯甲酸降解的初始瞬時(shí)電流效率達(dá)到100％，而SnO2/Ti電極為40.9％。SnO2/TiO2-NTs電極是一種同時(shí)兼?zhèn)鋬?yōu)良電催化和光催化性能的電極，3.5h光電催化苯甲酸的COD去除率達(dá)達(dá)到100％。
　　 (2)樁式結(jié)構(gòu)S

5、nO2/TiO2-NTs電極上電化學(xué)預(yù)氧化實(shí)現(xiàn)不透明染料廢水光降解的高效節(jié)能新方法
　　 針對(duì)高濃度染料廢水色度高、不透光，無(wú)法直接采用光催化氧化降解的問(wèn)題，本文提出了電化學(xué)預(yù)氧化-光電協(xié)同催化氧化的新型兩段式降解工藝，將其應(yīng)用于高濃度亞甲基藍(lán)染料廢水的降解。研究結(jié)果表明，電化學(xué)預(yù)氧化能夠使得染料溶液變?yōu)楣馔阁w系，提供了光催化反應(yīng)所需的條件。初始電化學(xué)氧化的電流效率是高效的，隨著污染物濃度的降低，電化學(xué)氧化的電流效率急劇下降，為

6、此電化學(xué)預(yù)氧化一段時(shí)間后，引入光催化，對(duì)體系進(jìn)行光電協(xié)同催化降解。用此兩段式方法降解6小時(shí)后，不透光亞甲基藍(lán)染料溶液的礦化率達(dá)到100％，而在相同時(shí)間內(nèi)單獨(dú)電化學(xué)氧化和單獨(dú)光催化氧化過(guò)程染料廢水溶液的TOC去除率只有67％和9％。另外在達(dá)到相同TOC去除率的情況下，兩段式降解過(guò)程的能耗最低。由此可見(jiàn)，此新型的兩段式降解工藝成功實(shí)現(xiàn)了高色度亞甲基藍(lán)溶液的高效、低耗的降解處理。
　　 (3)2D Macroporous SnO2/1

7、D TiO2-NTs電極的設(shè)計(jì)與高效光電協(xié)同催化氧化2，4-二氯苯氧乙酸
　　 在真空狀態(tài)下，用液晶軟模板制備的大孔錫銻氧化物生長(zhǎng)到TiO2納米管陣列上，構(gòu)筑了有序大孔SnO2的直立TiO2-NTs雜化電極，該電極具有優(yōu)良的光催化和電催化效果。與膜層SnO2/TiO2-NTs電極相比，在光催化氧化性能和效果上，2DMacroporous SnO2/TiO2-NTs電極繼承了膜層SnO2/TiO2-NTs電極的優(yōu)點(diǎn)，克服了膜層Sn

8、O2/TiO2-NTs電極因在表面膜層銻氧化物的存在消弱了光吸收的缺點(diǎn)，將電極的光電轉(zhuǎn)化效率由26.1％提高到30.5％；同時(shí)，在電催化氧化性能，2DMacroporous SnO2/TiO2-NTs電極使得TiO2-NTs電極具有了優(yōu)良的電催化性能，繼承了膜層SnO2/TiO2-NTs2電極的優(yōu)異的電催化氧化性能。兩方面研究結(jié)果說(shuō)明：2D Macroporous SnO2/TiO2-NTs電極是一種同時(shí)兼?zhèn)鋬?yōu)良光電催化性能的電極，處理

9、模擬污染物2，4-D的結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了電極的優(yōu)良光電催化性能，3h光電催化COD去除率達(dá)90.1％，并且在該電極上光、電催化氧化產(chǎn)生了很好的協(xié)同作用。
　　 (4)高析氧電位(HOEP)SnO2/TiO2-NTs電極的構(gòu)筑及其光電協(xié)同催化氧化2，4-二氯苯氧乙酸的研究
　　 利用脈沖電沉積方法，在預(yù)還原沉積Cu的TiO2-NTs陣列上規(guī)整有序生長(zhǎng)錫銻氧化物，得到了球形顆粒SnO2的直立TiO2-NTs雜化電極，該電極具有

10、優(yōu)良的光催化和電催化效果。與傳統(tǒng)溶膠-凝膠制備的SnO2/TiO2-NTs電極相比，該電沉積方法制備的HOEP SnO2/TiO2-NTs電極保持了先前制備膜層電極的光催化性能，其光電轉(zhuǎn)化效率24.6％；同時(shí)，在電催化氧化性能方面，其具有層次感的SnO2納米顆粒三維結(jié)構(gòu)賦予其優(yōu)良的電催化性能，繼承了傳統(tǒng)膜層SnO2電極的優(yōu)異的電催化性能，更重要的是該方法制備得到電極的析氧電位得到大大提高，高達(dá)2.43V，極大地提高了電極的電化學(xué)氧化能力

11、，因此電沉積制備的HOEPSnO2/TiO2-NTs電極是一種強(qiáng)化了電化學(xué)氧化能力的光電一體化電極。降解模擬污染物2，4-D的結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了電極的優(yōu)良催化氧化性能，污染物能夠在該電極上得到快速，高效的去除。
　　 (5)Ti(Ⅲ)自摻雜TiO2納米管光電催化氧化染料廢水Rhodamine6G
　　 借助經(jīng)部分還原處理的TiO2-NTs自身的Ti4+與Ti3+可以相互轉(zhuǎn)化的特性，獲得Ti(Ⅲ)/TiO2-NTs，Ti(Ⅲ

12、)/TiO2-NTs的電催化性能和光催化性能都得到大大提高，但是發(fā)現(xiàn)Ti(Ⅲ)/TiO2-NTs光照后會(huì)存在Ti3+被氧化到Ti4+的問(wèn)題，于是設(shè)計(jì)了雙TiO2-NTs的陰陽(yáng)極交換光電一體化催化氧化降解新工藝。首先將作為陽(yáng)極的TiO2-NTs進(jìn)行部分還原，使其具有良好的光電催化性能，在處理污染物的過(guò)程中，Ti(Ⅲ)/TiO2-NTs陽(yáng)極中的Ti3+逐漸被氧化到Ti4+。未做處理的TiO2-NTs作為陰極，在處理污染物的過(guò)程中，陰極被逐漸

13、還原，Ti4+還原為Ti3+。當(dāng)陽(yáng)極的催化氧化效率逐漸降低到一定程度時(shí)，陰極也剛好達(dá)到作為優(yōu)異光電催化陽(yáng)極的要求，此時(shí)將施加于陰陽(yáng)極的電位進(jìn)行交換。陽(yáng)極周而復(fù)始始終處于一個(gè)高效的光電催化狀態(tài)。最終實(shí)現(xiàn)了TiO2-NTs高效的光電催化氧化降解Rhodamine6G。
　　 (6)同時(shí)兼?zhèn)鋬?yōu)異電催化活性和高析氧電位的SnO2/BDD電極的構(gòu)筑及其高效電化學(xué)性能研究
　　 利用嵌段共聚物表面活性劑和均相沉淀的方法制備了Sb-d