【摘要】： 電極材料是電化學(xué)的基礎(chǔ)，現(xiàn)代電化學(xué)技術(shù)和電化學(xué)工業(yè)發(fā)展的技術(shù)先導(dǎo)。鈦基形穩(wěn)陽(yáng)極的開(kāi)發(fā)促進(jìn)和實(shí)現(xiàn)了氯堿工業(yè)的革命，使高性能電極材料的研究成為電化學(xué)的前沿課題。本工作針對(duì)鈦基形穩(wěn)陽(yáng)極對(duì)其它應(yīng)用領(lǐng)域催化活性不夠高，制備成本尚嫌昂貴等問(wèn)題，進(jìn)行鈦基形穩(wěn)陽(yáng)極的改性研究，不銹鋼基不溶性催化陽(yáng)極研究，具有催化活性的陰極材料的研究，進(jìn)而研究了所制備的電極材料對(duì)難降解有機(jī)廢水的催化活性及其催化作用機(jī)理。 采用高溫?zé)岱纸夥椒ㄖ苽淞薚i／IrO_2-RuO_2-CeO_2陽(yáng)極，試驗(yàn)結(jié)果表明，電極制備的優(yōu)化條件為：涂裝次數(shù)10～12次，烘干溫度80℃，熱氧化氣氛為氧氣，溫度450℃，時(shí)間10min。經(jīng)掃描電鏡表征，所制得的電極催化層為多孔的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，無(wú)龜裂。在0.5 mol／L H_2SO_4溶液中，電極的析氧電位為1.3V。電極的催化活性?xún)?yōu)于形穩(wěn)陽(yáng)極，制備工藝的復(fù)雜性和制備成本與形穩(wěn)陽(yáng)極相當(dāng)。 針對(duì)鈦基形穩(wěn)陽(yáng)極對(duì)處理難降解廢水催化活性不夠高，制備成本尚嫌昂貴等問(wèn)題，提出不銹鋼基不溶性催化電極的構(gòu)想和設(shè)計(jì)方法，制備了不銹鋼基CeO_2-PbO_2陽(yáng)極。試驗(yàn)結(jié)果表明，由于易發(fā)生表面氧化等問(wèn)題，采用制備鈦基不溶性陽(yáng)極常用的熱分解法無(wú)法在不銹鋼基體上制備催化層，本研究采用電沉積法解決了這一難題，得出了電極制備的優(yōu)化條件：電流密度5～15mA／cm~2，溫度60℃。電極催化層結(jié)構(gòu)呈多孔狀，粒子結(jié)構(gòu)呈四面體型。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，摻雜CeO_2可明顯起到細(xì)化晶粒的作用。在0.5 mol／L H_2SO_4溶液中，電極的析氧電位為2.1V。在3 mol／L H_2SO_4溶液，電流密度1A／cm~2，溫度35℃條件下，電極的使用壽命為1100 h。該陽(yáng)極對(duì)染料廢水有良好的催化活性，并具有析氧電位高、使用壽命長(zhǎng)、制備成本低等優(yōu)點(diǎn)，尚存在著陽(yáng)極脆性較大等不足。 采用復(fù)合電沉積法制備了不銹鋼基CNT(碳納米管)-PbO_2陽(yáng)極。電極制備的優(yōu)化條件為：電流密度5～15 mA／cm~2，溫度60℃。電極催化層粒子結(jié)構(gòu)呈四面體型，碳納米管晶粒的加入改變了電極催化層微觀形貌，生成大量圓柱狀小孔，使得電極的比表面積增加。在0.5mol／L H_2SO_4溶液中，電極的析氧電位為1.8 V。該陽(yáng)極具有良好的催化活性，較高的析氧電位，制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。 采用脈沖電沉積法，制備了以不銹鋼為基體，以非晶態(tài)Ni-W-P為載體，摻雜SiC和稀土元素的陰極材料。當(dāng)電流密度10 A／dm~2、pH值4.5，溫度65℃，占空比1：3～5時(shí)，頻率在300～800 Hz范圍內(nèi)，可得到晶粒細(xì)小、周邊平滑致密、硬度較高的鍍層，800 Hz時(shí)效果最好。電極鍍層結(jié)構(gòu)致密而多孔，具有高的比表面積，因而與氧氣接觸面積大，對(duì)氧氣生成H_2O_2具有良好的催化作用。 以不銹鋼基CeO_2-PbO_2為陽(yáng)極，不銹鋼片為陰極，設(shè)計(jì)了電催化反應(yīng)器。反應(yīng)器結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，每個(gè)單元反應(yīng)室內(nèi)的電極和曝氣設(shè)備可以單獨(dú)進(jìn)行安裝和調(diào)換。電極最佳結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)為：電極間距8 mm，粒子電極粒徑4 mm，粒子填充量60％，槽電壓15V。在該參數(shù)下，電催化反應(yīng)器對(duì)抗生素難降解廢水具有良好的處理效果。 采用動(dòng)電位極化法和伏安曲線法等電化學(xué)方法，研究了所制備的不溶性電極對(duì)有機(jī)物的電催化降解機(jī)理及其動(dòng)力學(xué)過(guò)程，發(fā)現(xiàn)在電催化過(guò)程中存在著一個(gè)特征電位，該特征電位與羥基自由基的產(chǎn)生密切相關(guān)，特征電位出現(xiàn)的位置與有機(jī)物濃度無(wú)關(guān)，電流峰值大小隨有機(jī)物濃度的升高而增大。隨有機(jī)物溶液溫度的上升，電極上出現(xiàn)的特征電位負(fù)移，溫度與特征電位呈某種直線關(guān)系，符合一級(jí)反應(yīng)方程。在電催化過(guò)程中，有機(jī)物的降解過(guò)程符合一級(jí)反應(yīng)規(guī)律。
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類(lèi)號(hào)】：X703
【圖文】：

電催化降解實(shí)驗(yàn)裝置

北京化工大學(xué)博士學(xué)位論文圖2.2不同電流密度下電極表面沉積狀況比較a)電流密度 5mA/cmZb)電流密度 15mA/cmZc)電流密度 25mAlc擴(kuò)Fig.2一 TheeomPareofsurfaeemorpholo ofcoatingatdl到七 rentcurrenidensitya)5b)15e)252.3.1.2沉積溫度對(duì)涂層電極的影響采用電流密度為 10mA/cmZ，在不同溫度下電沉積，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在20℃時(shí)，鍍層幾乎不能沉積在不銹鋼基體上，在40℃時(shí)發(fā)生沉積，鍍層表面同時(shí)生成紅褐色物質(zhì)，而且結(jié)合力較差，易脫落。60℃時(shí)，沉積出良好的鍍層，結(jié)合力好，表面光滑。80℃時(shí)，基體表面生成黑色粉狀PbOZ

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 張建剛;不溶性催化電極與電催化反應(yīng)器的制備及其對(duì)廢水中有機(jī)物、菌藻和纖維素類(lèi)物質(zhì)的催化降解作用[D];北京化工大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 楊玉美;PbO_2/Ti電極電催化氧化降解鄰氯苯酚性能的研究[D];曲阜師范大學(xué);2011年

2 石鳳浜;活性PbO_2顆粒制備及其增強(qiáng)鉛基合金的性能研究[D];昆明理工大學(xué);2011年

3 李金玉;強(qiáng)制電化學(xué)在污水處理中的機(jī)理研究[D];山東輕工業(yè)學(xué)院;2010年

本文編號(hào)：2724264