TiO2光催化氧化As(Ⅲ)機(jī)理及其對(duì)碳鋼的光電化學(xué)防護(hù).pdf

1、在環(huán)境污染物中，砷是最毒的元素之一，飲用未處理的地下水帶來的慢性砷中毒，能造成各種健康損害，包括皮膚，肝，腎，肺等癌癥。在自然水體中，砷主要以三價(jià)砷(As(Ⅲ))和五價(jià)砷(As(V))的形式存在。許多水處理技術(shù)，能有效的脫除As(V)，而常常對(duì)毒性更大的As(Ⅲ)無能為力。為了提高砷的去除效率，有必要(將)As(Ⅲ)氧化為易處理的As(Ⅴ)。TiO2光催化氧化技術(shù)可以有效的(將)As(Ⅲ)氧化為As(V)。但是，在光催化過程中光生空穴、

2、羥基自由基和超氧自由基等活性物種對(duì)As(Ⅲ)氧化的貢獻(xiàn)，至今還存在爭議。如何準(zhǔn)確地區(qū)分這些物種在污染物氧化過程中的作用，不僅是光催化降解污染物技術(shù)的關(guān)鍵科學(xué)問題之一，也是該領(lǐng)域的研究難點(diǎn)。本論文針對(duì)上述科學(xué)問題，以砷為目標(biāo)污染物，首次結(jié)合光(電)化學(xué)方法系統(tǒng)地研究了其氧化動(dòng)力學(xué)、機(jī)理，并初步研究了As(Ⅲ)光催化氧化對(duì)典型金屬碳鋼的光電化學(xué)保護(hù)效果。論文分三部分，第一部分定量區(qū)分了超氧自由基及其衍生物和光生空穴在As(Ⅲ)光催化氧化過程

3、中的作用;第二部分研究了As(Ⅲ)光催化氧化過程中光生空穴界面轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)和機(jī)理;第三部分以As(Ⅲ)為電子供體，初步研究了TiO2及其表面氟化改性TiO2對(duì)碳鋼的光電化學(xué)保護(hù)行為。
　　第一部分結(jié)合光(電)化學(xué)方法系統(tǒng)地研究了As(Ⅲ)光催化氧化動(dòng)力學(xué)，并定量區(qū)分了超氧自由基及其衍生物和光生空穴氧化As(Ⅲ)的機(jī)理。在無光照、有氧和負(fù)偏壓的條件下，證實(shí)了超氧自由基可以氧化As(Ⅲ)，但氧化效率低，表明超氧自由基是一種較弱的氧化劑。

4、光照時(shí)超氧自由基可生成更強(qiáng)的氧化劑，從而能夠有效地氧化As(Ⅲ)。在缺氧、陽極偏壓和光照時(shí)，光生空穴的電流效率幾乎為100％，表明其對(duì)As(Ⅲ)具有很強(qiáng)的氧化能力。在通常的光催化條件下(有氧、開路)，光生空穴和超氧自由基及其衍生物對(duì)As(Ⅲ)的氧化貢獻(xiàn)分別為57％和43％，起著幾乎同等的作用。
　　第二部分采用數(shù)學(xué)模型和飽和光電流測試實(shí)驗(yàn)，數(shù)學(xué)模型和不同As(Ⅲ)濃度時(shí)降解實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究方法，研究了光生空穴和羥基自由基對(duì)As(Ⅲ

5、)氧化的貢獻(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在所研究的試驗(yàn)條件下羥基自由基對(duì)As(Ⅲ)的氧化起主要作用。采用空穴和羥基自由基捕獲劑，及電極表面改性等常規(guī)研究方法，定性的探討了As(Ⅲ)的氧化機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果輔助證實(shí)了As(Ⅲ)的羥基自由基氧化機(jī)理。
　　第三部分考察了TiO2電極表面氟化改性，溶液中As(Ⅲ)的加入和O2的去除對(duì)電極光電性能和對(duì)碳鋼的陰極保護(hù)性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，電極表面氟化，溶液中As(Ⅲ)的加入和O2的去除，均可以顯著的提高