镍铈掺杂的多孔电极制备及其降低水体中氯离子的应用研究

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目前我国火力发电厂每年产生大量的含高浓度氯离子的脱硫废水,而传统的化学沉淀法不能从根本上去除氯离子,电化学氧化技术是目前深度除氯最好的方法,但氯离子在水体中的氧化过程较复杂,使得传统的阳极材料在除氯方面存在一定的局限性。本文以多孔Ti板为电极的基体,Sb掺杂SnO2为电极的中间体,Ni和Ce掺杂的PbO2为电极的活性层,利用热沉积法和电沉积法成功的制备了一种新型的多孔Ti/Sb-SnO2/Ni-Ce-PbO2电极。用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)和X射线衍射分析(XRD)对电极的表面形貌和晶体结构进行了表征。通过线性扫描(LSV)、循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)和电极稳定性试验测试了电极的电化学性能,并与多孔未掺杂的PbO2电极和平板Ni-Ce-PbO2电极进行对比。结果表明,新型多孔Ni-Ce-PbO2电极仍然保留平均孔径为32.2um的孔隙;Ni和Ce元素能成功地掺杂进PbO2活性层上,且使得电极的晶体尺寸减小了39%;本文制备的电极具有更大的比表面积、更多活性位点和更好的电化学性能。将制备的新型电极用于降低水体中氯离子的实验。考察了模拟水体中氯离子初始浓度、pH值和电流密度等操作条件的变化对水体中氯离子去除效果的影响,结果表明,水体中氯离子的初始浓度越高,去除率就越大,但达到4g/L以上就会保持稳定;溶液pH越高,水体中氯离子的去除效果越差;电流密度越高,水体中氯离子的去除率越好,当电流密度在40mA/cm~2以上时,电流密度对氯离子的去除率影响趋于平缓。制备的新型电极与多孔未掺杂的PbO2电极和平板Ni-Ce-PbO2电极进行对比实验。考察上述三种电极用于实际脱硫废水中氯离子的去除效果,结果表明,在相同的条件下,相比于其它两种电极,多孔Ni-Ce-PbO2电极对水体中氯离子的去除率最高,为85.4%;而平板Ni-Ce-PbO2电极和多孔PbO2电极对水体中氯离子的去除率分别为72.90%和80.20%。实验对上述三种电极在处理脱硫废水的稳定性和经济性的进行了研究,在电极被循环使用了5次时,多孔Ni-Ce-PbO2仍然保持着80%以上的氯离子去除率,并且它的单位电能消耗量为85.22kW·h·m-3,低于其他两种电极。此外,还对电化学法降低水体中氯离子的氧化机理进行了探讨。本文制备的多孔Ni-Ce-PbO2电极因其具有更多的电化学活性位点和更好的电化学性能,能有效地提高对水体中氯离子的去除率。
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