钛基复合氧化物电极材料催化性能的研究

论文摘要

钛基金属氧化物阳极（Dimensionally Stable Anode，DSA）因其具有良好的催化活性得到国内外众多环境工作者的青睐。但是，DSA阳极电催化降解有机废水的技术一直未能广泛应用，主要是因为该方法处理废水存在两个较难克服的“时间”问题：一是处理废水时间的问题，即电催化法的效率如何提高；另一个是电极寿命的问题，即电极的稳定性如何提高，而电极材料是决定这两个时间问题的关键因素。本文通过溶胶-凝胶法向活性层中添加氟元素，来提高复合电极的电催化活性及使用寿命。同时也考察了氟源中不同的一价阳离子对电极催化活性及使用寿命的影响。并用KF掺杂的钛基复合氧化物电极催化降解实际的酚醛废水，评价该电极的使用性能。本文主要研究内容如下：1.用溶胶-凝胶法制备了不同氟化物（LiF、NaF、KF、NH4F、HF）掺杂的Ti SnO2-Sb-F复合电极，通过XRD、SEM对不同氟源掺杂的复合电极的表面结构进行了表征，可知不同氟化物的掺杂均没有改变SnO2的金红石结构。通过循环伏安和塔菲曲线电化学测试，可知KF惨杂的Ti SnO2-Sb-F复合电极具有高于其它氟源掺杂的阳极析氧电位和交换电流密度。2.以甲基橙为目标降解物，考察不同氟源掺杂的复合电极的催化性能，通过不同降解时间下，甲基橙溶液的紫外-可见光谱图可知，用不同氟源掺杂的Ti SnO2-Sb-F复合电极对甲基橙均具有较好的降解效果，其中用KF、NH4F掺杂的Ti SnO2-Sb-F复合电极对甲基橙的催化性能高于其它氟源掺杂的复合电极。3.通过正交试验优化出用KF掺杂的Ti SnO2-Sb-F复合电极的最佳制备条件和电解条件：优化的溶胶涂层数为9，煅烧温度为773K，溶胶中维持Sn/Sb摩尔比9/1，优化的KF掺杂摩尔比为0.5，固定电解电压3V，甲基橙浓度50mg/L，添加剂Fe（Ⅲ）浓度110mg/L，溶液pH=2.0。当电解75min时，复合电极对甲基橙的降解率达93%。优化复合电极材料表面的X射线衍射和X光电子能谱分析说明，复合材料的主体为具有四方金红石结构的SnO2，Sb、F、K成功的掺杂到SnO2晶格中，并主要以替位形式进入SnO2晶格。4.分析了优化条件下制备的KF掺杂的Ti SnO2-Sb-F复合电极催化降解酚醛树脂厂废水的条件：最佳槽电压为10V，pH为7.0，支持电解质Na2SO4的浓度为150mg L。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 电催化氧化技术概述及机理探讨
• 1.2.1 电催化氧化技术概述
• 1.2.2 电催化氧化机理研究
• 1.3 电极材料研究进展
• 1.3.1 阴极材料的研究进展
• 1.3.2 阳极材料的研究进展
• 1.4 钛基复合氧化物电极电解有机物进展
• 1.5 论文的选题意义和研究内容
• 1.5.1 选题意义
• 1.5.2 研究内容
• 参考文献
• 2-Sb-F 电极催化性能的影响'>第2章 不同阳离子对 Ti/SnO₂-Sb-F 电极催化性能的影响
• 2.1 引言
• 2基本性质'>2.1.1 SnO₂基本性质
• 2的特点'>2.1.2 F,Sb 掺杂 SnO₂的特点
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂和仪器设备
• 2.2.2 不同氟源电极的溶胶-凝胶法制备
• 2.2.3 不同氟源复合电极的表征
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 复合电极的 XRD 表征结果
• 2.3.2 复合电极的 SEM 表征结果
• 2.3.3 复合电极表面活性层电阻分析
• 2.3.4 五种复合电极的循环伏安测试
• 2.3.5 五种复合电极的塔菲尔曲线测试
• 2.4 复合电极的催化结果与讨论
• 2-Sb-F 复合电极催化降解甲基橙'>2.4.1 KF 掺杂 Ti SnO₂-Sb-F 复合电极催化降解甲基橙
• 2.4.2 煅烧温度对不同氟源复合电极催化性能的影响
• 2.4.3 煅烧温度 773K 时不同氟源复合电极重复使用性能
• 2-Sb-F 复合电极催化性能的影响'>2.4.4 FeCl3对 KF 掺杂 Ti SnO₂-Sb-F 复合电极催化性能的影响
• 2-Sb-F 复合电极降解表观动力学的研究'>2.4.5 KF 掺杂 Ti SnO₂-Sb-F 复合电极降解表观动力学的研究
• 2.5 本章小结
• 参考文献
• 2-Sb-F 复合电极催化降解甲基橙影响因素的研究'>第3章 KF 掺杂 Ti/SnO₂-Sb-F 复合电极催化降解甲基橙影响因素的研究
• 3.1 引言
• 3.1.1 甲基橙的基本性质
• 3.1.2 Fenton 反应的影响因素
• 3.1.3 Fenton 反应处理废水的优点
• 3.2 实验内容
• 3.2.1 试剂及仪器设备
• 3.2.2 复合电极的制备
• 3.2.3 复合电极的表征
• 3.3 实验表征结果与讨论
• 3.3.1 优化电极的 SEM 表征
• 3.3.2 优化电极的 XRD 表征
• 3.3.3 优化电极的 XPS 分析
• 2-SB-F 复合电极的催化结果与讨论'>3.4 KF 掺杂 TI/SNO₂-SB-F 复合电极的催化结果与讨论
• 3.4.1 正交试验
• 3.4.2 单因素分析
• 3.4.3 影响甲基橙降解效率的其他单因素分析
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 2-SB-F 复合电极催化降解酚醛树脂厂废水'>第4章 KF 掺杂 TI/SNO₂-SB-F 复合电极催化降解酚醛树脂厂废水
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂和仪器设备
• 2-Sb-F 复合电极的制备'>4.2.2 KF 掺杂 Ti/SnO₂-Sb-F 复合电极的制备
• 4.2.3 复合电极的 X 射线衍射（XRD）分析表征
• 4.2.4 酚醛树脂废水电催化氧化降解实验
• 4.3 复合电极的 XRD 表征结果与讨论
• 4.4 复合电极催化结果与讨论
• 4.4.1 不同 pH 对废液电催化氧化降解的影响
• 4.4.2 不同电压对废液电催化氧化降解的影响
• 4.4.3 废液 COD 值与电解时间的关系
• 4.4.4 电解质浓度对降解率的影响
• 3对废水降解率的影响'>4.4.5 FeCl₃对废水降解率的影响
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第5章 结论及展望
• 5.1 本论文研究的主要结论
• 5.2 进一步研究工作展望
• 硕士期间发表的学术论文
• 致谢