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具有極強的氧化性，可將有機污染物有效分解，甚至徹底轉(zhuǎn)化為CO2、H2O等無機物。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的能力進行比較研究。結(jié)果表明，Ti/SnO2電極產(chǎn)生·OH能力較強，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物的電極過程進行了詳細探討，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污染物的機理研究以及對有機物降解具有高催化活性電極的制備都有指導(dǎo)