过渡金属/碳催化电极降解酚类污染物的研究

论文摘要

本论文制备了MnO2/AC、Pd/AC、MnO2-Pd/AC三种导电复合材料,以PTFE为粘结剂,制备了复合物催化电极,并与RuO2/Ti阳极构成电解体系,研究了三种电解体系对苯酚的电化学降解效果以及反应机理。采用活性炭（AC）还原KMnO4、Mn（AC）2与KMnO4反应、AC负载Mn（NO3）2的方法制备锰氧化物/碳导电复合物,采用扫描电子显微镜、X-射线光电子能谱和X-射线衍射等测试方法表征产物的表观形貌及结构。表征结果显示锰氧化物都为无定形态MnO2。比较了三种催化电极对苯酚的电化学降解效果,结果显示AC还原KMnO4合成产物所制备的电极效果最佳,在最优条件下反应100min苯酚降解率可达94.2%。采用化学还原方法进行活性炭负载钯,通过透射电镜、X-射线光电子能谱等测试方法表征,表征结果显示钯呈单质形式均匀分散在碳载体。制备了不同钯含量的Pd/C电极,研究其对苯酚的降解,结果显示,Pd/AC电极具有较高的电催化活性,随着钯含量的升高对苯酚降解效率明显提高,2.0%钯含量的电极电解100min,苯酚降解率可达100%。采用AC还原KMnO4合成的MnO2/AC与1.0%钯含量的Pd/AC材料混合制备了MnO2-Pd/AC电极,并进行苯酚降解效果研究,结果显示,反应80min对苯酚的降解率就可达到96.7%。三种电极作为阴极时,在阴极还原产物中过氧化氢浓度低于活性炭电极的产生量,但·OH浓度高于活性炭电极的产生量,说明活性炭上负载的MnO2和Pd具有催化分解氧还原生成的过氧化氢产生自由基的作用。因此,三种电极对苯酚的催化降解是通过氧在阴极电化学还原产生的过氧化氢、以及过氧化氢催化分解产生的·OH实现的。比较了隔膜电解槽和无隔膜电解槽中三种电极对苯酚的降解效果,实验结果表明:过渡金属/碳催化电极对苯酚的降解效果在无隔膜电解体系中优于隔膜电解体系阴、阳极室的平均值。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电化学降解有机污染物
• 1.2.1 直接氧化
• 1.2.2 间接氧化
• 1.3 阴极氧还原催化剂研究现状
• 1.3.1 贵金属
• 1.3.2 锰氧化物
• 1.3.3 金属有机螯合物
• 1.4 论文研究目的、意义和内容
• 1.4.1 论文目的与意义
• 1.4.2 论文主要内容
• 第2章 实验材料及实验方法
• 2.1 实验材料及仪器
• 2.1.1 化学试剂与材料
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 苯酚电化学氧化降解研究方法
• 2.3 分析方法
• 2O₂ 浓度的测定'>2.3.1 H₂O₂浓度的测定
• 2.3.2 ·OH 的检测
• 2/AC 电极降解苯酚效果研究'>第3章 MnO₂/AC 电极降解苯酚效果研究
• x/AC 催化剂的制备及表征'>3.1 MnO_x/AC 催化剂的制备及表征
• x/AC 催化剂的制备'>3.1.1 MnO_x/AC 催化剂的制备
• x/AC 催化剂的表征'>3.1.2 MnO_x/AC 催化剂的表征
• x/AC 电极去除苯酚效果的对比'>3.2 MnO_x/AC 电极去除苯酚效果的对比
• x/AC 电极制备'>3.2.1 MnO_x/AC 电极制备
• 3.2.2 无隔膜电解体系降解苯酚比较
• 3.2.3 隔膜电解体系降解苯酚比较
• 3.3 无隔膜电解体系去除苯酚的研究
• 2/AC 电极制备条件优化'>3.3.1 MnO₂/AC 电极制备条件优化
• 2/AC 电极去除苯酚机理研究'>3.3.2 MnO₂/AC 电极去除苯酚机理研究
• 3.4 隔膜电解体系去除苯酚的研究
• 2/AC 电极制备条件优化'>3.4.1 MnO₂/AC 电极制备条件优化
• 2/AC 电极去除苯酚机理研究'>3.4.2 MnO₂/AC 电极去除苯酚机理研究
• 3.5 本章小结
• 第4章 Pd/AC 电极降解苯酚效果研究
• 4.1 Pd /AC 电极的制备及表征
• 4.1.1 Pd /AC 电极的制备
• 4.1.2 Pd /AC 催化剂的表征
• 4.2 无隔膜电解体系去除苯酚的研究
• 4.2.1 Pd /AC 电极Pd 含量对苯酚降解比较
• 4.2.2 Pd /AC 电极降解机理研究
• 4.3 隔膜电解体系去除苯酚的研究
• 4.3.1 Pd /AC 电极Pd 含量对苯酚降解比较
• 4.3.2 Pd /AC 电极降解机理研究
• 4.4 本章小结
• 2/AC 电极降解苯酚效果研究'>第5章 Pd-MnO₂/AC 电极降解苯酚效果研究
• 2 /AC 电极的制备及表征'>5.1 Pd-MnO₂ /AC 电极的制备及表征
• 2 /AC 电极的制备'>5.1.1 Pd-MnO₂ /AC 电极的制备
• 2/AC 电极的表征'>5.1.2 Pd-MnO₂/AC 电极的表征
• 5.2 无隔膜电解体系去除苯酚性能及机理研究
• 2/AC 电极降解苯酚性能研究'>5.2.1 Pd-MnO₂/AC 电极降解苯酚性能研究
• 2/AC 电极降解机理研究'>5.2.2 Pd-MnO₂/AC 电极降解机理研究
• 5.3 隔膜电解体系去除苯酚性能及机理研究
• 2/AC 电极降解苯酚性能研究'>5.3.1 Pd-MnO₂/AC 电极降解苯酚性能研究
• 2/AC 电极降解机理研究'>5.3.2 Pd-MnO₂/AC 电极降解机理研究
• 2/AC 电极无隔膜体系中降解苯酚效果的影响因素'>5.4 Pd-MnO₂/AC 电极无隔膜体系中降解苯酚效果的影响因素
• 5.4.1 电流密度
• 5.4.2 电极间距离
• 5.4.3 曝气
• 5.4.4 初始pH 值
• 5.4.5 初始电解质浓度
• 5.4.6 苯酚初始浓度
• 2/AC 电极隔膜体系中降解苯酚效果的影响因素'>5.5 Pd-MnO₂/AC 电极隔膜体系中降解苯酚效果的影响因素
• 5.5.1 电流密度
• 5.5.2 电极间距离
• 5.5.3 曝气
• 5.5.4 初始pH 值
• 5.5.5 初始电解质浓度
• 5.5.6 苯酚初始浓度
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文