【摘要】： 電極材料是電化學的基礎，現代電化學技術和電化學工業(yè)發(fā)展的技術先導。鈦基形穩(wěn)陽極的開發(fā)促進和實現了氯堿工業(yè)的革命，使高性能電極材料的研究成為電化學的前沿課題。本工作針對鈦基形穩(wěn)陽極對其它應用領域催化活性不夠高，制備成本尚嫌昂貴等問題，進行鈦基形穩(wěn)陽極的改性研究，不銹鋼基不溶性催化陽極研究，具有催化活性的陰極材料的研究，進而研究了所制備的電極材料對難降解有機廢水的催化活性及其催化作用機理。 采用高溫熱分解方法制備了Ti／IrO_2-RuO_2-CeO_2陽極，試驗結果表明，電極制備的優(yōu)化條件為：涂裝次數10～12次，烘干溫度80℃，熱氧化氣氛為氧氣，溫度450℃，時間10min。經掃描電鏡表征，所制得的電極催化層為多孔的蜂窩狀結構，無龜裂。在0.5 mol／L H_2SO_4溶液中，電極的析氧電位為1.3V。電極的催化活性優(yōu)于形穩(wěn)陽極，制備工藝的復雜性和制備成本與形穩(wěn)陽極相當。 針對鈦基形穩(wěn)陽極對處理難降解廢水催化活性不夠高，制備成本尚嫌昂貴等問題，提出不銹鋼基不溶性催化電極的構想和設計方法，制備了不銹鋼基CeO_2-PbO_2陽極。試驗結果表明，由于易發(fā)生表面氧化等問題，采用制備鈦基不溶性陽極常用的熱分解法無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℃。電極催化層結構呈多孔狀，粒子結構呈四面體型。試驗發(fā)現，摻雜CeO_2可明顯起到細化晶粒的作用。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。該陽極對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、制備成本低等優(yōu)點，尚存在著陽極脆性較大等不足。 采用復合電沉積法制備了不銹鋼基CNT(碳納米管)-PbO_2陽極。電極制備的優(yōu)化條件為：電流密度5～15 mA／cm~2，溫度60℃。電極催化層粒子結構呈四面體型，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。該陽極具有良好的催化活性，較高的析氧電位，制備工藝簡單等優(yōu)點。 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。當電流密度10 A／dm~2、pH值4.5，溫度65℃，占空比1：3～5時，頻率在300～800 Hz范圍內，可得到晶粒細小、周邊平滑致密、硬度較高的鍍層，800 Hz時效果最好。電極鍍層結構致密而多孔，具有高的比表面積，因而與氧氣接觸面積大，對氧氣生成H_2O_2具有良好的催化作用。 以不銹鋼基CeO_2-PbO_2為陽極，不銹鋼片為陰極，設計了電催化反應器。反應器結構采用模塊化設計思想，每個單元反應室內的電極和曝氣設備可以單獨進行安裝和調換。電極最佳結構和工作參數為：電極間距8 mm，粒子電極粒徑4 mm，粒子填充量60％，槽電壓15V。在該參數下，電催化反應器對抗生素難降解廢水具有良好的處理效果。 采用動電位極化法和伏安曲線法等電化學方法，研究了所制備的不溶性電極對有機物的電催化降解機理及其動力學過程，發(fā)現在電催化過程中存在著一個特征電位，該特征電位與羥基自由基的產生密切相關，特征電位出現的位置與有機物濃度無關，電流峰值大小隨有機物濃度的升高而增大。隨有機物溶液溫度的上升，電極上出現的特征電位負移，溫度與特征電位呈某種直線關系，符合一級反應方程。在電催化過程中，有機物的降解過程符合一級反應規(guī)律。
【學位授予單位】：北京化工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：X703
【圖文】：

電催化降解實驗裝置

北京化工大學博士學位論文圖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Fig.2一 TheeomPareofsurfaeemorpholo ofcoatingatdl到七 rentcurrenidensitya)5b)15e)252.3.1.2沉積溫度對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，實驗結果表明:在20℃時，鍍層幾乎不能沉積在不銹鋼基體上，在40℃時發(fā)生沉積，鍍層表面同時生成紅褐色物質，而且結合力較差，易脫落。60℃時，沉積出良好的鍍層，結合力好，表面光滑。80℃時，基體表面生成黑色粉狀PbOZ

【引證文獻】

相關博士學位論文 前1條

1 張建剛;不溶性催化電極與電催化反應器的制備及其對廢水中有機物、菌藻和纖維素類物質的催化降解作用[D];北京化工大學;2010年

相關碩士學位論文 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;2011年

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

3 李金玉;強制電化學在污水處理中的機理研究[D];山東輕工業(yè)學院;2010年

本文編號：2724264