论文部分内容阅读
随着化学工业的发展和城市化的快速推进,水环境污染已成为各个国家所面临的重要问题,在众多水处理方法中,电催化氧化技术因其高催化性、强氧化性等特点已受到广泛关注,其中,电极材料的选择是电催化氧化技术的关键。Ti/Sb-SnO2电极材料因其高析氧电位、高·OH生成及良好的电催化性能已受到研究者们的广泛关注,因此,制备高效、稳定的Ti/Sb-SnO2电极具有重要的实际意义。本论文主要在溶胶及有机体系中电沉积制备Ti/Sb-SnO2电极,并通过浸渍涂覆法制备纳米TiN掺杂的Ti/Sb-SnO2-TiN电极,通过对电极结构与电化学性能的考察,探究不同实验条件对电极性能的影响,为提高Ti/Sb-SnO2电极材料性能及其在水处理领域的应用打下坚实基础。以制备的Sn-Sb溶胶为电沉积介质,采用直流电沉积法制备Ti/Sb-SnO2电极,以电极的加速寿命和甲基橙脱色效率作为评价电极性能的主要指标,结合电极的结构表征及电化学测试结果,确定制备电极的最优工艺为Sb掺杂浓度9%,电流密度5 mA cm-2,煅烧温度600℃。由于制备溶胶过程中金属无机盐发生水解和缩合反应,可使溶胶中含有较高的金属浓度,进而提高镀层中活性物质含量;作为电解质的酒石酸使溶胶稳定存在的同时,其自身的络合作用可明显改善镀层性质,得到细致活性层,所以溶胶体系制备的电极表面有较致密的结构,可提高电极的稳定性及电催化性能,在优化条件下,2 h内电极对甲基橙的脱色效率可达94.74%。采用脉冲电沉积法对溶胶体系制备的Ti/Sb-SnO2电极进行优化改性,确定脉冲导通时间与关断时间分别为1 ms和199 ms,脉冲电沉积可克服溶胶中大分子胶粒扩散速度慢、浓差极化现象严重等缺点,并可加快电沉积中晶体的成核速率,改变晶体生长方向,明显改善电极活性层性质。由XPS分析可知,电沉积方式对电极表面活性物质有很大的影响,脉冲电沉积制备的电极具有较高的Oads含量,使得电极具有较好的电化学活性。脉冲电沉积改性后的电极在2 h内可将甲基橙溶液完全脱色,并且其加速寿命是直流电沉积制备电极的3.73倍。同时,通过电泳沉积法制备CNT中间层,得到Ti/CNT/Sb-SnO2电极,中间层的加入可提高电极的伏安电荷量和电化学活性点位,同时甲基橙的吸附能力和脱色速度也有较大提高。在二甲亚砜（DMSO）有机体系中电沉积制备Ti/Sb-SnO2电极,DMSO体系可克服水溶液电沉积中氢夹杂产生高应力导致的镀层卷曲、开裂现象,并且对金属盐有较高溶解度,夹杂在沉积层中溶剂的电分解产物可以促进SnO2晶体的细化并改善镀层结构。实验结果表明,当电沉积温度40℃、煅烧温度600℃,脉冲占空比20%时,电极的加速寿命可达97.84 h,并且电极对甲基橙脱色反应速率常数为0.06738 min-1,表明电极对甲基橙具有良好的脱色性能采用浸渍涂覆法制备纳米TiN掺杂的Ti/Sb-SnO2-TiN电极并将其用于金橙II的电化学脱色。SEM、XRD结果表明TiN纳米结构的高表面活性可使电极具有平整无裂纹结构,并可细化晶粒;通过TEM和XPS分析可知TiN颗粒均匀分布在电极表面,并且有效提高了电极中Oads的比例;电化学测试表明,TiN掺杂的电极具有更高的电化学活性及更长的加速寿命,电极对金橙II的脱色反应速率常数为未掺杂TiN电极的8.7倍。