【摘要】：通過向形穩(wěn)電極(Dimensionally Stable Anodes, DSA)涂層中添加Pd、Co、Si元素,并引入Sn-Sb中間層,對RuO2/Ti電極進(jìn)行改性,以提高電極的電化學(xué)性能和使用壽命；利用改性電極對難生化降解的硝基苯(Nitrobenzene, NB)進(jìn)行電催化氧化處理,確定了不同DSA電極作為陽極降解NB時(shí),各電催化氧化系統(tǒng)的最佳反應(yīng)參數(shù)；對各改性電極的電化學(xué)性能及其對有機(jī)物的去除效率進(jìn)行基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究,為電催化氧化技術(shù)在水處理領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用提供技術(shù)支撐。 制備了Sn-Sb/Ti電極及Ru-Pd/Ti、Ru-Pd-Co/Ti、Ru-Si/Ti釕系改性電極,通過考察各電極涂層微觀形貌、電化學(xué)性能、涂層摩爾濃度、穩(wěn)定性及其對NB去除效率,確定了各電極涂層的燒結(jié)溫度分別為500℃、450℃、400℃、500℃；電極涂層組分配比分別為n(Sn):n(Sb)=7.2:1、n(Ru):n(Pd)=0.65:1、n(Ru):n(Pd):n(Co)=0.65:1:0.71、n(Ru):n(Si)=7：3；電極涂層涂敷次數(shù)分別為15次、24次、21次、21次。 Pd、Co、Si添加后,通過不同的途徑對Ru02/Ti電極進(jìn)行改性,并對電極的電化學(xué)性能及使用壽命產(chǎn)生不同影響。根據(jù)電化學(xué)性能測試及NB降解實(shí)驗(yàn)證明,改性電極較RuO2/Ti電極具有更高的電化學(xué)性能及更長的使用壽命。 向改性電極中引入Sn-Sb中間層,制備了Ru-Pd/Sn-Sb/Ti、Ru-Pd-Co/Sn-Sb/Ti. Ru-Si/Sn-Sb/Ti電極。當(dāng)中間層涂敷5次,各電極表層涂敷次數(shù)分別為18次、21次、21次時(shí),電極具有最長使用壽命；Sn-Sb中間層的引入能進(jìn)一步提高改性電極的電化學(xué)性能和使用壽命,并能提高電極對NB的去除效果。 通過水處理實(shí)驗(yàn)確定各電極作為陽極時(shí)電催化氧化系統(tǒng)的最佳反應(yīng)時(shí)間、電流密度、電解質(zhì)濃度、溶液初始pH值及極板間距等反應(yīng)參數(shù)；確定本反應(yīng)體系適合高濃度有機(jī)廢水的處理；確定Na2SO4較NaCl更適合作為本反應(yīng)體系的支持電解質(zhì)；證明Sn-Sb中間層的引入有利于提高電極對NB及TOC的去除率；本反應(yīng)體系能將廢水中的部分污染物徹底降解礦化為H2O和CO2。各電極對NB及TOC的去除率分別為：(DSn-Sb/Ti電極：ENB90%, ETOc80%;②Ru-Pd/Sn-Sb/Ti電極：ENB90%, EToc50%;③Ru-Pd-Co/Sn-Sb/Ti電極：ENB85%,ETOC50%;④Ru-Si/Sn-Sb/Ti電極：ENB80%,Eroc50%。 考察NB電催化氧化降解過程,確定NB的電催化氧化過程是陰陽兩極協(xié)同作用的結(jié)果,NB降解過程中除了有陽極的氧化作用外,還存在陰極的還原過程。本論文中改性電極作為陽極時(shí),反應(yīng)體系內(nèi)NB的降解符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：X703
【圖文】：

無機(jī)化[4’]。在電化學(xué)過程中，陽極會(huì)發(fā)生水分解析出氧氣的副反應(yīng)[42j，增加能耗并降低電流效率，造成活性基團(tuán)的產(chǎn)生減少，削減了有機(jī)物的降解效果。析氧反應(yīng)不可避免，但是能通過選擇合適的電極材料加以抑制。陽極對有機(jī)物的直接氧化過程如圖1.1所示。電子有機(jī)污染物\l/\產(chǎn)物陽極圖1.1有機(jī)物在陽極上的直接氧化過程 Fig1.1DiagramoforganiesdireetoxidationProeessontheanode在直接氧化過程中，發(fā)生反應(yīng)的主要區(qū)域?yàn)殡姌O表面，因此有機(jī)物的降解過程主要取決于有機(jī)物在電極表面的吸附和電子轉(zhuǎn)移情況[43]，依賴于電極表面性質(zhì)、有機(jī)物的種類[441及濃度;而有機(jī)物在金屬氧化物陽極上的氧化反應(yīng)機(jī)理和所形成的產(chǎn)物同陽極表面金屬氧化物的種類和金屬氧化物的價(jià)態(tài)有關(guān)I’“]�，F(xiàn)有的研究表明，在析氧電位區(qū)，金屬氧化物電極表面可以形成兩種含有活性氧的金屬氧化物:一種是吸附·OH的金屬氧化物;另一種是高價(jià)態(tài)的金屬氧化物MOx+1。金屬陽極表面氧化過程可以分為三個(gè)步驟[45礴71:(l)溶液中的HZO(酸性介質(zhì)中)或OH一(堿性介質(zhì)中)，在陽極表面放電形成吸附的·OH，過程如下:力吟義+HZO崢九們戈(.口萬 )+H++e(1.1)人刃工十口萬一今力口r(.口廳 )+e(1.2)(2)如果吸附態(tài)·OH能與氧化物陽極發(fā)生快速氧化反應(yīng)，氧從·OH上迅速轉(zhuǎn)移到氧化物陽極的晶格上形成高價(jià)氧化物MOx+，。初p戈(.口刀)。初口 r+:+H++e(1.3)(3)當(dāng)溶液中不存在有機(jī)物時(shí)

物的選擇性氧化過程:幾獄+，+R分九六，二+Ro上述過程可以用圖1.2表示147一49j。 (1.6) (1.7)與有機(jī) (1.8)l左02H++fM仇(‘OH圖1.2有機(jī)物在氧化物電極表面電化學(xué)轉(zhuǎn)俗燃燒過程示意圖 Fig1.2Diagramoforganieseleetroehemicaleonvention/eombustiononthes”rfaeeofelectrode式 (1.6)和式 (l.8)即電化學(xué)轉(zhuǎn)化過程，是可逆過程;式 (l.7)即電化學(xué)燃燒過程四」，是非可逆過程。式(1.3)和式(1.8)又稱為媒介電化學(xué)氧化 (MediatedEleetroehemiealOxidation，MEo)過程150一52]，是指在常溫常壓下，活性金屬氧化物在電化學(xué)作用下形成高價(jià)態(tài)(或強(qiáng)氧化態(tài))的媒介物質(zhì)，再利用這些媒介物質(zhì)的強(qiáng)氧化性并在電化學(xué)的作用下，催化降解廢水中的有機(jī)物，而高價(jià)態(tài)的媒介物質(zhì)又被還原成原來的價(jià)態(tài)，這個(gè)過程周而復(fù)始而達(dá)到去除廢水中污染物的目的。這類可逆氧化一還原電子對一般產(chǎn)生速率快、對目標(biāo)污染物有較好的選擇性、與污染物反應(yīng)速率快，常見的可逆氧化還原電子對有 Ce(Iv)/Ce(III)、Ag(11)/Ag(I)、Co(111)/Co(11)、Fe(111)/Fe(11)、Cu(11)/Cu(I)、Mn(111)/Mn(11)、Ru(Vlll)/Ru(IV)、Cr(Vl)/Cr(111)/Cr(11)等I

在催化氧化反應(yīng)過程中，電極表面可以產(chǎn)生一些具有強(qiáng)氧化活性的中間產(chǎn)物，如·OH、OCI一、HZOZ、03等，這些中間產(chǎn)物參與對污染物的氧化，加快污染物轉(zhuǎn)化為其它物質(zhì)或降解去除，該反應(yīng)過程不可逆。陽極對有機(jī)物的間接氧化過程如圖1.3所示。電子有機(jī)污染物\l/\中l(wèi)可體\氧化劑氧化劑//\產(chǎn)物陽極圖1.3有機(jī)物在陽極上的間接氧化過程 Fig1.3Diagramoforganiesindirectoxidationproeessontheanode間接電催化氧化反應(yīng)過程中產(chǎn)生的活性中間產(chǎn)物根據(jù)電極材料、水體中存在離子種類、電催化氧化反應(yīng)參數(shù)的不同而產(chǎn)生區(qū)別，這些活性中間產(chǎn)物部分具有強(qiáng)氧化性，能夠?qū)⑺w中的有機(jī)污染物進(jìn)行無選擇性地降解、礦化，產(chǎn)物較徹底，屬于電化學(xué)燃燒范疇。3.2.1產(chǎn)生·OH強(qiáng)氧化劑·OH的氧化電位高于普通氧化劑，其對有機(jī)物的降解屬于高級(jí)氧化技術(shù)范疇，·OH通過對有機(jī)物脫氫、親電子和電子轉(zhuǎn)移，形成活化基團(tuán)，產(chǎn)生一系列鏈反應(yīng)，使有機(jī)物迅速、徹底降解。在這個(gè)過程中，電極材料的性質(zhì)起到了決定性作用〔叫。‘OH可以由以下途徑【’‘，45

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 孫鳳梅,潘建躍,羅啟富,陶自春;PbO_2陽極材料的研究進(jìn)展[J];兵器材料科學(xué)與工程;2004年01期

2 謝拯;劉祥萱;梁劍濤;張澤洋;;電-Fenton法處理甲醛廢水[J];環(huán)境科學(xué)與管理;2010年02期

3 謝發(fā)勤;牛曉明;;中間層對鈦基錫釕鈷納米涂層物化性能的影響[J];中國表面工程;2009年01期

4 魏守強(qiáng),劉瑛,邵忠財(cái);電化學(xué)生成臭氧的研究進(jìn)展[J];表面技術(shù);2005年03期

5 張玉萍,鞠鶴,武宏讓,李廣忠;鉑復(fù)合電極研究進(jìn)展[J];表面技術(shù);2005年05期

6 紀(jì)紅,周德瑞,周育紅;鈦基Ru-La-Ti涂層陽極的電催化性能[J];材料保護(hù);2003年07期

7 胡新發(fā);劉全兵;廖世軍;;鈦基涂層不溶性陽極的開發(fā)與研究進(jìn)展[J];材料保護(hù);2008年08期

8 尤宏,崔玉虹,馮玉杰,劉峻峰,蔡偉民;鈦基Co中間層SnO_2電催化電極的制備及性能研究[J];材料科學(xué)與工藝;2004年03期

9 姚書典;沈嘉年;孫娟;王國平;李愛軍;饒英相;;IrO_2+Ta_2O_5系鈦基改性涂層陽極和失效特點(diǎn)[J];稀有金屬材料與工程;2006年12期

10 梁鎮(zhèn)海;張福元;樊彩梅;苗海霞;;鈦基二氧化錫電極的制備及性能研究[J];稀有金屬材料與工程;2007年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 韓衛(wèi)清;電化學(xué)氧化法處理生物難降解有機(jī)化工廢水的研究[D];南京理工大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 索娜;電催化氧化法處理硝基苯類廢水的研究[D];南京理工大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2784988