电催化氧化溶液硫化物的基础研究

论文摘要

随着现代化工的发展,污染也日益严重,其中石油化工、污水处理及垃圾处理等工业过程中会产生大量的H2s恶臭气体及硫化物污水,如何有效地处理硫化氢气体及硫化物污水已越来越引起人们的重视。本论文以含有硫化氢的污水为研究对象,采用电化学技术如燃料电池技术和电解法技术来处理硫化物,并考察了这些新技术的脱硫效果及电化学性能。对中性硫化物溶液采用燃料电池技术以达到除污产能的目的。单电池中以活性炭为阳极和阴极的催化剂材料,优化工艺试验中得出硫化物溶液的pH为7时放电性能最好,硫化物浓度过高和过低都会降低电能输出,流速的提高提升了产电能力同时也降低了污染物的去除率,NaOH溶液处理的活性炭材料性能下降明显,而活性炭阳极材料经氨水处理后放电性能明显提高。最佳的工艺条件为：浓度为0.0056 mol/L的中性硫化物溶液,阳极室进料速度为10ml/min,氨水预处理的活性炭阳极材料,100Ω外电阻。最佳工艺条件下的最大功率密度为720.56W/m3 TAC,溶液中的硫化物单次流经电池后的去除率达到了3.56%。对碱性硫化物溶液采用电解法电催化氧化硫化物,由于目前石墨材料的低电催化性能,本研究探索出了一种CO3O4/C复合电催化剂,并发现CO3O4电极对电化学氧化S2-离子具有优异的催化性能,电流密度最高超过580 mA/cm2,催化性能比石墨高出了1-2个数量级。在此同时电极也表现出了很好的电催化稳定性,-0.4V恒电势下电流密度可以稳定在290 mA/cm2,具备商业应用的潜力。EIS测试则表明CO3O4电极在碱性S2-电解液具有很低的电化学极化电阻,为0.216Ω·cm2,仅为石墨电极阻值的万分之五,从而解释了S2-在两者电极上电化学反应速率相差甚大的原因。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 硫化氢的主要来源
• 1.3 传统脱硫方法介绍
• 1.3.1 干法脱硫工艺
• 1.3.2 湿法脱硫工艺
• 1.4 电解脱硫技术
• 1.4.1 直接电解法
• 1.4.2 间接电解法
• 1.5 燃料电池脱硫技术
• 1.5.1 燃料电池的组成和工作原理
• 1.5.2 燃料电池的分类及应用
• 2S燃料电池'>1.5.3 H₂S燃料电池
• 1.6 论文选题的目的和意义
• 本章参考文献
• 第二章 实验内容与测试方法
• 2.1 化学试剂和仪器
• 2.1.1 化学试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 电极材料的制备
• 2.2.1 活性炭阳极催化剂的预处理
• 2.2.2 石墨电极制备
• 3O₄电极制备'>2.2.3 Co₃O₄电极制备
• 2.3 燃料电池的组装及电化学测试装置
• 2.3.1 燃料电池的组装
• 2.3.2 电化学测试装置
• 2.4 电极材料的物性分析
• 2.4.1 X射线衍射分析（XRD）
• 2.4.2 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.4.3 X射线光电子能谱分析（XPS）
• 2.5 材料的电化学性能测试
• 2.5.1 恒电阻放电性能测试
• 2.5.2 极化曲线（LSV）测试
• 2.5.3 电化学阻抗（EIS）测试
• 本章参考文献
• 第三章 中性硫化物溶液的电催化研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料的制备
• 3.3 燃料电池堆组建与操作
• 3.3.1 燃料电池的批次模式
• 3.3.2 燃料电池的连续模式
• 3.4 分析方法
• 3.5 电池电化学性能测试
• 3.5.1 批次模式放电测试
• 3.5.2 连续模式放电测试
• 3.6 终产物和去除效率
• 3.7 本章小结
• 本章参考文献
• 第四章 碱性硫化物溶液的电催化研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验方法
• 4.3 材料的物理表征
• 3O₄的X射线衍射（XRD）'>4.3.1 Co₃O₄的X射线衍射（XRD）
• 3O₄的表面形貌（SEM）'>4.3.2 Co₃O₄的表面形貌（SEM）
• 4.4 材料的电化学性能
• 2-在电极上的极化曲线'>4.4.1 S^2-在电极上的极化曲线
• 2-在电极上的恒电势放电性能'>4.4.2 S^2-在电极上的恒电势放电性能
• 4.4.3 电极的电化学阻抗测试
• 4.5 本章小结
• 本章参考文献
• 第五章 总结与展望
• 附录:硕士期间发表的论文和申请的专利