钛基稀土掺杂SnO2-RuO2电极的制备及其电化学氧化性能的研究

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焦化废水是炼焦、制气过程中产生的一种工业废水,具有成分复杂、有机物含量高、可生化性差的特点,因此焦化废水的处理是难降解废水处理领域的一个难题。电化学高级氧化技术是众多水处理方法中一项技术,电化学高级氧化法利用电子转移产生羟基自由基,可与水中有机污染物发生氧化反应,将有机物彻底氧化为H2O、CO2和无机盐。本文主要研究了不同稀土改性的Ti/SnO2-RuO2电极,对电极材料SEM、EDS、XRD做了深度分析,对电化学氧化后的废水做了COD、TOC、UV254的检测,并利用三维荧光光谱、UV-vis和GC-MS分析了焦化废水中有机物的降解机理。采用溶胶-凝胶法分别制备了稀土(La、Ce、Yb)掺杂的Ti/SnO2-RuO2电极,通过检测电极的SEM、EDS、XRD分析了电极表面元素分布和晶胞形态,通过LSV和CV曲线检测了电极表面氧化峰、析氧电位、活性电荷量。分别使用Ti/SnO2-RuO2-La、Ti/SnO2-RuO2-Ce、Ti/SnO2-RuO2-Yb电极作为阳极用于电化学氧化焦化废水,利用三维荧光光谱、UV-vis、GC-MS检测焦化废水被处理前后的有机物含量变化,比较不同电流密度下废水的COD、TOC、UV254值。结果表明,稀土La的掺杂改善了Ti/SnO2-RuO2电极的表面形貌,使电极表面的氧化物晶体结晶度较高增大了其活性涂层的比表面积,提高了活性点位数量。使用Ti/SnO2-RuO2-La电极处理焦化废水,在电流密度为10mA/cm 2,pH为8,温度为30℃的条件下对废水的电化学氧化效果最好,其COD的去除率可达85.06%。稀土Ce的掺杂提高了Ti/RuO2-SnO2电极的析氧电位和电极的载电荷量。使用Ti/SnO2-RuO2-Ce电极处理焦化废水,在电解时间30min,在电流密度为30mA/cm2的条件下,焦化废水COD去除率达到91.63%,TOC去除率达到66.22%,UV254值降低到0.921。在Yb掺杂量为1.5%时Ti/SnO2-RuO2电极表面平整且有大量Sn、Ru氧化物晶型,电极具有较高的析氧电位和电催化活性。使用Ti/SnO2-RuO2-Yb电极处理焦化废水当电流密度为10mA/cm2电化学氧化时间为30min时,对焦化废水的COD去除率最高达85.06%、TOC去除率最高达60.59%、UV254可由1.594降解到0.507。通过紫外-可见光分光谱、三维荧光光谱、GC-MS研究了Ti/SnO2-RuO2-Yb(Yb掺杂量1.5%)电极对焦化废水的降解效果。结果表明,在波长为206.5、291nm对应的有机峰明显降低;而在λex=275300nm/λem=250300nm区域的荧光峰降低;经电化学氧化处理后焦化废水中对应的高分子有机峰丰度明显降低。所以,稀土Yb改性的Ti/SnO2-RuO2电极对焦化废水中含苯环的酚类有机物、多环芳烃、烷烃类有机物有很好的去除效果。
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