论文部分内容阅读
本文以提高填充床电化学反应器电极材料的电催化氧化性能以及稳定性为主要目的，开展了新型钛基PbO2阳极、金属氧化物负载γ-Al2O3粒子电极的制备、改性、表征以及电催化氧化酸性橙II（AOII）性能的研究工作，探讨了AOII的降解途径和电催化氧化机理。主要研究内容和结果如下：（1）采用电沉积法制备了不同F-浓度掺杂的钛基PbO2电极。SEM、XRD测试结果表明，F-的掺杂有利于形成β-PbO2的四方体晶体结构、减小晶体颗粒尺寸，提高电极催化活性和稳定性；极化曲线、强化寿命、荧光光谱、循环伏安曲线、电化学阻抗、AOII降解、紫外光谱扫描等测试结果表明，掺杂量为0.04mol/L时最佳。（2）制备了SnO2-Sb2O5、IrO2-Ta2O5、RuO2-IrO2中间层涂层及相应的Ti/SnO2-Sb2O5/PbO2、Ti/IrO2-Ta2O5/PbO2、Ti/RuO2-IrO2/PbO2电极。SEM、XRD、XPS测试结果表明，中间层表面均被PbO2晶粒覆盖、呈现β-PbO2的四方体晶体结构、Pb均主要以Pb4+价态存在；极化曲线、强化寿命、荧光光谱、循环伏安曲线、电化学阻抗、AOII降解、紫外光谱扫描等测试结果表明，中间层可以提高电极稳定性，但同时结合电催化活性考虑，SnO2-Sb2O5作为中间层更为合适。（3）采用电沉积法制备了Bi、Ce、Co、Nd四种金属元素掺杂的Ti/SnO2-Sb2O5/PbO2电极。SEM、XRD、XPS测试结果表明，Nd掺杂后电极表面晶体颗粒大小及分布均匀、为β-PbO+2的四方体晶体结构、Nd主要以Nd3化学态的氧化物形式存在；极化曲线、强化寿命、荧光光谱、循环伏安曲线、电化学阻抗、AOII降解、紫外光谱扫描等测试结果表明，Nd掺杂制备的电极具有更高的电催化活性和稳定性，掺杂量为50:1时最佳。（4）采用浸渍热分解法制备了Cu、Mn、Pb、Sn等单组分金属氧化物以及Sn-Ce-Sb复合金属氧化物负载的γ-Al2O3粒子电极。SEM、EDS、AOII降解、紫外光谱扫描等测试结果表明，Sn/γ-Al2O3粒子电极对AOII催化活性高、稳定性好；Ce的掺杂有利于提高Sn/γ-Al2O3粒子电极的催化性能和稳定性，测试结果表明表面晶体粒径更加细小而均匀，在基体表面覆盖度更高，负载量更大，Sn/Ce摩尔比为10:1时最佳。（5）以优化制备的新型Nd掺杂Ti/SnO2-Sb2O5/PbO2电极为阳极、Sn-Ce-Sb/γ-Al2O3为粒子电极，构建了填充床电化学反应器。采用紫外扫描、FTIR、GC-MS等测试手段，提出了AOII的电催化氧化降解途径。从阳极催生·OH、粒子电极催生·OH、阳极与粒子电极共同催生·OH三个方面提出了AOII电催化氧化机理。