銅鈰復(fù)合氧化物的制備及其應(yīng)用于苯酚廢水的電化學(xué)降解研究.pdf

1、難去除、毒性高的苯酚類污染物給人類及生態(tài)環(huán)境帶來了較大的危害，關(guān)于高毒害性的苯酚類污水的處理引起了人們極大的關(guān)注。鑒于電化學(xué)氧化法自身的快速高效、環(huán)境兼容性好，使得其在有機(jī)廢水處理領(lǐng)域中成為一種有效技術(shù)，受到研究者們的重視。針對(duì)電化學(xué)氧化法治理有機(jī)污水探究中，電極材料掌握著其命脈。日前，利用陽極氧化的材料的研究趨于成熟;而陰極還原采用的材料相對(duì)比較單一，主要是碳材料（石墨、多孔碳及活性碳纖維等）。但單純碳材料陰極產(chǎn)生過氧化氫的產(chǎn)量不夠高

2、，處理苯酚效率有待提高，因此，探究新型的陰極催化劑，加強(qiáng)陰極的2電子ORR過程，從而加大H2O2的產(chǎn)量，是目前研究的主題。
　　稀土氧化物因?yàn)樽陨愍?dú)一無二的理化性能，使得其被普遍關(guān)注。二氧化鈰是其中研究最多且最重要的稀土氧化物，其具有高穩(wěn)定性、強(qiáng)氧化還原性及儲(chǔ)氧釋氧能力，據(jù)研究，CeO2能發(fā)生ORR的2電子過程生成H2O2，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為OH·，已有報(bào)道將CeO2催化劑引進(jìn)于電化學(xué)處理有機(jī)物范疇內(nèi)，但降解效率仍有待提高。為了進(jìn)一步提

3、高催化活性，本文引入一種新型高穩(wěn)定及催化活性的催化性CuO-CeO2。CuO-CeO2催化劑中CuO和CeO2之間彼此作用，產(chǎn)生較強(qiáng)的作用力，導(dǎo)致催化劑中同時(shí)具有著Ce3+/Ce4+和Cu/Cu2+，具有較高的氧化還原性能，目前，尚未有報(bào)道將CuO-CeO2催化劑作為電催化陰極材料應(yīng)用到難降解有機(jī)廢水的處理中。本文采用CuO-CeO2作為催化劑，處理對(duì)象選取苯酚溶液，進(jìn)行電化學(xué)法的處理。
　　主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.本文

4、采用Ce(NO3)3·6H2O、Cu(NO3)2·3H2O及C6H8O7· H2O為原材料，采取溶膠凝膠法獲得CuO-CeO2催化劑。探究制備條件帶來的影響，采取XRD、BET、SEM、TEM和XPS等措施來表征所得催化劑。表征結(jié)果顯示:最佳條件前提下，所制得的CuO-CeO2催化劑輪廓光滑，平均粒徑為20-50nm的顆粒，且CuO和CeO2之間具有較強(qiáng)的彼此作用力，催化劑中同時(shí)存在Cu+/Cu2+和Ce3+/Ce4+，并非單純的機(jī)械混

5、合。
　　2.利用CuO-CeO2催化劑，通過外加過氧化氫，來對(duì)苯酚溶液進(jìn)行處理，探究催化劑制備條件（物料銅鈰比、檸檬酸量、煅燒溫度及煅燒時(shí)間）、反應(yīng)溫度及過氧化氫用量等與苯酚溶液的去除率情況的關(guān)系。選取50mg制備條件為:物料摩爾比硝酸銅∶硝酸鈰=1∶3、檸檬酸量為n(Ce(NO3)3·6H2O)/n(C6H8O7·H2O)=1∶2、焙燒溫度是700℃、焙燒時(shí)間是3h的催化劑于體積100mL濃度是100mol/L的苯酚溶液中，添

6、加體積3mL，30％過氧化氫溶液，70℃下恒溫反應(yīng)180min，借助高效液相色譜法（HPLC）測(cè)定溶液中苯酚的去除率，達(dá)78％左右，效果最佳。
　　3.本研究對(duì)CuO-CeO2催化劑的ORR性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，采用三電極體系，通過CV及LSV曲線對(duì)比了N2和O2氛圍下的ORR性能，并考察制備條件給ORR帶來的影響，結(jié)果證明CuO-CeO2催化劑能給氧氣還原反應(yīng)帶來較好的促進(jìn)作用，制備條件為:Cu∶Ce=1∶3，檸檬酸量為硝酸鈰∶檸檬酸=

7、1∶2，煅燒溫度700℃，煅燒時(shí)間3h，催化劑的電化學(xué)ORR最優(yōu)。
　　4.采用泡沫鎳為基底，將催化劑CuO-CeO2、炭黑及聚四氟乙烯混合制成催化劑陰極電極。在三電極體系（催化劑電極、石墨片及飽和甘汞電極）下，電催化反應(yīng)180min，通過草酸鈦鉀比色法測(cè)定過氧化氫的含量，探究物料比及pH對(duì)H2O2產(chǎn)量的影響，最后物料摩爾比Cu∶Ce=1∶3及pH為7時(shí)過氧化氫的產(chǎn)率最佳，高達(dá)114mg/L，明顯高于單一的氧化銅或氧化鈰，最后證明

8、催化劑ORR性能是按照2電子途徑進(jìn)行，形成了過氧化氫。
　　5.按上述三電極反應(yīng)體系對(duì)苯酚溶液進(jìn)行電降解處理，該過程考察了不同反應(yīng)條件的影響，并研究了催化劑電極的穩(wěn)定性及電降解過程中起主要作用的活性物質(zhì)。結(jié)果表明，當(dāng)陽極選擇石墨片，物料摩爾比Cu∶Ce=1∶3，電流密度為40mA/cm2，支持電解質(zhì)濃度為0.1mol/L，室溫，pH=7，苯酚起始濃度100mg/L，曝氣量為400mL/min，電化學(xué)處理180min后，苯酚的去除效