Sn/Cu修饰钛基电极催化还原NO3-机理研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:PDH
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
电化学催化还原液相硝酸盐氮的工艺因其产物可控性高、效率高、设备占地面积小等优势,近来备受重视,其中,阴极材料的制备更是该领域的研究热点。阴极材料的选择过程中,传统的廉金属材料难以达到理想的硝酸盐氮去除效果;而铂(Pt)、铑(Rh)等贵金属材料虽可高效去除硝酸盐氮,但成本高昂,难于实现工业化应用。为解决上述矛盾,本研究以Ti电极为基体,分别采用涂刷热分解法和异位电沉积法,制备出了两种新型的廉金属复合阴极,即Ti-Sn O2阴极与Ti(100-δ)Cuδ阴极。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及X射线光电子能谱(XPS),对这两种复合阴极的微观形貌、物相组成以及元素价态加以分析;再结合电化学测试以及液相硝酸盐氮的降解实验,对这两种复合阴极的电催化性能、抗腐蚀性能和产物选择特性等进行了对比分析;最后,结合以上表征和分析结果,对这两种复合阴极还原NO3-的机理进行深入探究。本研究的主要成果如下:(1)利用涂刷热解法制备出了含锡摩尔比m分别为0.2 mol/L、0.5 mol/L、0.65mol/L、0.8 mol/L的Ti-Sn O2阴极。SEM、XRD、XPS分析结果显示,Ti-Sn O2阴极表面的确附着有活性组分Sn O2,但Sn O2的存在会导致电极表面出现裂纹,从而导致其稳定性和抗腐蚀性能均低于Ti阴极,Tafel曲线上Ti-Sn O2阴极抗腐蚀电位的降低也证明了此推论。此外,过量Sn O2的存在会使Ti-Sn O2阴极表面的裂纹数量显著增加,同时会使其过电位显著提高,导致电极极易发生极化反应从而最终影响其还原NO2-所得产物的选择性。电化学测试以及液相硝酸盐氮的降解实验结果表明,一方面,Sn O2的存在会使Ti-Sn O2阴极表面的活性点数量得以增加,进而通过提高Ti-Sn O2阴极对NO3-的吸附活性或还原活性、以及还原反应速率,进而提高其对NO3-的去除率,并且这种正面促进作用与Sn O2的添加量无关。另一反面,Sn O2的存在也可同步提高Ti-Sn O2阴极对NO2-的吸附活性与还原活性,导致其在降解NO3-的过程中不会出现明显的NO2-积累现象,最终提高其对理想产物N2的选择性,实现NO3-的深度降解。(2)利用异位电沉积法制备出了Cu的质量分数δ分别为0.02、0.28、1.39、5.65的Ti(100-δ)Cuδ阴极。SEM、XRD、XPS分析结果显示,Ti(100-δ)Cuδ阴极表面的确附着有活性组分Cu,并且当0.28≤δ≤1.39时,活性组分Cu在Ti(100-δ)Cuδ阴极表面的生长呈(111)晶面择优取向,这有助于提高Ti(100-δ)Cuδ阴极的稳定性;但当δ=5.65,即载铜量过度时,单质Cu在电极表面的结晶会受到抑制从而使得电极表面镀层的稳定性降低。此外,Tafel曲线也显示,当载铜量适度时,活性组分Cu的存在可使得Ti(100-δ)Cuδ阴极的抗腐蚀性能明显高于Cu阴极,但载铜量过度时,却会使Ti(100-δ)Cuδ阴极呈现出Cu阴极所固有的抗腐蚀性能差的特性。同时,其他电化学测试以及液相硝酸盐氮的降解实验结果表明,一方面,活性组分Cu的存在可增加电极表面的活性点数量,从而提高Ti(100-δ)Cuδ阴极对NO3-的吸附活性、还原活性以及还原反应速率,进而提高其对NO3-的去除率,并且这种正面促进作用的强度随载铜量的增加而增强。另一方面,适量活性组分Cu的存在会弱化Ti(100-δ)Cuδ阴极对NO2-的吸附活性,但却会强化其对NO2-的还原活性,且这种强化程度也随着载铜量的增加而增强,导致Ti(100-δ)Cuδ阴极在降解NO3-的过程中不会出现明显的NO2-积累现象,最终提高其对理想产物N2的选择性,实现NO3-的深度降解;然而,过量载铜虽会提高Ti(100-δ)Cuδ阴极对NO2-的吸附活性,但却会因其镀层稳定性的降低而减小其对N2的选择性。(3)通过SEM、XRD、XPS的分析结果对Ti-Sn O2阴极与Ti(100-δ)Cuδ阴极进行对比发现,这两类廉金属复合阴极表面均附着有活性组分,并且Ti(100-δ)Cuδ阴极表面活性组分的覆盖率更大,且未有裂纹出现,这说明Ti(100-δ)Cuδ阴极表面活性组分Cu与Ti基体的结合程度以及电极的稳定性更具有优势。同时,Tafel分析表明,Sn O2与Cu的加入均会降低电极的抗腐蚀性能,而两者中Ti(100-δ)Cuδ阴极的抗腐蚀性能稍具优势。同时,其他电化学测试以及液相硝酸盐氮的降解实验结果表明,一方面,Ti(100-δ)Cuδ阴极的伏安电量q值虽远小于Ti-Sn O2阴极,且Ti(100-δ)Cuδ阴极的NO3-还原峰的峰电位稍大于Ti-Sn O2阴极,但其NO3-还原峰的峰电流与反应速率常数k值却远大于Ti-Sn O2阴极,故整体而言,Ti(100-δ)Cuδ阴极还原NO3-的活性远高于Ti-Sn O2阴极,其NO3-去除率具有明显优势。另一方面,Ti-Sn O2阴极的NO2-还原峰的峰电位小于Ti阴极,而Ti(100-δ)Cuδ阴极的NO2-还原峰的峰电位却大于Ti阴极,但同时其峰电流却明显更大,故虽然Ti(100-δ)Cuδ阴极吸附NO2-的活性弱于Ti-Sn O2阴极,但其还原NO2-的活性却更强,因此,这两类阴极还原NO2-所得的理想产物N2的生成量相当。
其他文献
语言禁忌是禁忌的一种,包括语言的灵物崇拜(语言拜物教)和语言的禁用和代用。语言禁忌是人们在低下的生产力状况下,对大自然的某些现象不理解而产生的。语言是最重要的文化信息载
电力与各行业发展和人们群众生活息息相关,工厂生产需要电力支持,基础建设也需要电力支持,其已成为不可或缺的一部分。一直以来,电力企业一直使用传统方式服务用户,如电费缴纳必须到营业厅、电力故障必须电话报修,上述方式效率很低,在信息化时间,电力企业应该改变传统的服务模式,不断提高企业服务水平,使电力企业各项业务更高效完成,而开发基于IOS的掌上电力APP可达到上述目的。本课题详细阐述了基于IOS的掌上电
近年来,产业园区的开发建设工作已成为城市发展与片区技术型创新和吸引现代产业的主要力量,在园区开发、对外贸易、创造就业岗位和促进城市化进程等方面都起着举足轻重的作用
大力推进智能电网的建设将是国家电网公司今后的工作方向,新型智能变电站的建设和常规变电站的智能化改造则是由普通电网向智能电网发展的中间环节,成都地区2015年以后陆续规划并投运的变电站均为智能变电站,原有变电站也将以智能变电站为改造目标。而随着社会经济的快速发展,电网规模不断扩大、设备数量急剧增加、技术水平的提高、运行标准要求的日趋严格以及电网智能化发展的快速推进,使得传统的电力设备监测和管理已不能
赵总的故事,是绝大多数企业发展的一个缩影,让人爱、让人烦,但又离不开,人情已经成为中国社会最大的潜规则。赵总在公司起步时,通过人情做到了生意,通过人情公司有了发展。但当赵总
传统活性污泥工艺(conventional activated sludge process,CAS)很容易产生大量剩余污泥。溶胞-隐性生长技术通过溶解污泥微生物细胞,释放出胞内有机质回流至生化反应池后作
锗是煤中重要的伴生元素,锗元素的准确测定是煤中锗的精准评价的前提。本论文采集了山西怀仁、陕西彬长、安徽淮南、山东枣庄、山东兖州、内蒙古通辽等不同矿区的煤样,结合现行规范GB/T 8207-2007《煤中锗的测定方法》,重点研究样品预处理方法,选定原子荧光光谱仪工作条件,建立了氢化物—原子荧光光谱法测定煤中锗的方法,并对方法进行了可行性评价和不确定度分析,得出如下结论:(1)氢化物—原子荧光光谱法可
<正>近日,新西兰高等教育、技能与就业部部长保罗·高德史密斯抵达北京参加"一带一路"国际合作高峰论坛,并在论坛上进行了主旨演讲。5月15日,保罗·高德史密斯在北京接受了媒
平衡轴总成作为重型卡车关键零部件,在整车中传递较大的载荷.由于超载和使用环境较差, 导致平衡轴总成上的轴壳开裂.通过三维建模后, 使用HyperWorks软件对轴壳进行有限元分
随着经济不断发展,社会文明不断进步,人们对教育的需求也变得非常关注和重视。学校除了重点发展常规教育的同时,还根据学生的实际需求,不断扩大学生课外活动教育的发展力度。