钛基RuO_x-PdO电极降解活性艳红K-2BP的研究

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染料及印染工业的单位产品耗水量很高,该行业废水具有水量大、色度高、成分复杂、对环境的危害大等特征,因此染料及印染废水的降解脱色处理一直是主要的环境热点之一。电催化氧化和光电催化氧化都是近年发展起来的高级氧化技术,由于具有处理效率高、操作简便、应用灵活、易于自动化、环境友好等优点,因而在染料及印染废水处理的研究中受到广泛的关注。在电催化氧化和光电降解技术研究中,研制开发高效电极材料是关键。近年来,一系列的电极材料被用来处理印染废水,均取得了较好的脱色处理效果。钛基金属氧化物电极因其在稳定性、成本、寿命和使用效率方面有良好表现受到研究者的青睐。本文在前期用钛基RuOx-PdO电极电催化氧化降解苯胺取得了很好的降解效果的基础上,以自制钛基RuOx-PdO电极为阳极,钛片为阴极,NaCI为电解质,研究了活性艳红K-2BP的电催化氧化降解行为,以期扩展该电极的应用范围。考察了支持电解质种类及浓度、溶液的初始pH值、染料的初始浓度、电流密度和温度等因素对活性艳红K-2BP降解的影响,并对该体系脱色效果较好的原因做了进一步探讨。实验显示,在pH值为2.0、NaCI的浓度为0.02mol/L、电流密度为0.25 mA/cm2、室温条件下,20m/L活性艳红K-2BP经电催化氧化1h,脱色率可以达到99.6%,表明该钛基RuOx-PdO电极具有良好的电催化氧化性能;并且适用性较强,可在较大的温度范围,较宽的染料浓度下获得较好的脱色效果,有一定的应用前景。在本实验条件下,活性艳红K-2BP的脱色降解主要是电生活性氯的间接氧化和钛基RuOx-PdO电极直接氧化协同作用的结果。为了进一步扩展钛基RuOx-PdO电极光电降解染料的范围,研究染料光电降解过程中存在协同作用的原因,本文用自制的钛基RuOx-PdO电极为阳极,钛片为阴极,NaCl、NANO3、Na2SO4等为支持电解质,进一步研究了活性艳红K-2BP的光电降解行为。考察了该体系光电降解过程中的一些影响因素,从这些影响因素进一步探讨光电降解的机理。实验显示,钛基RuOx-PdO电极光电降解活性艳红K-2BP时,其适用性较强,可在低电流密度,较大的pH值范围,较宽的染料浓度中达到较好的脱色效果;在不调节pH值、NaCl的浓度为0.02 mol/L、电流密度为0.25 mA/cm2、室温条件下,20 mg/L活性艳红K-2BP经光电降解30min,脱色率可以达到91.6%。在本实验条件下,活性艳红K-2BP的脱色降解主要是电解产生的活性氯在紫外光照下生成HO·、O-和Cl·等强活性物种,而导致染料迅速脱色,即是光化学与电化学协同作用的结果。钛基RuOx-PdO电极催化性能比较稳定,使用寿命较长,在相同条件下重复使用100 h后,电解活性艳红K-2BP溶液1h,脱色率仍可达到96.2%。对活性降低前后的钛基RuOx-PdO电极进行XPS、XRD、SEM等表征,发现该电极的主要活性相为RuO2和PdO的微小晶粒,电催化氧过程中催化活性相RuO2和PdO发生内迁被覆盖、电极表面出现裂纹以及钛基体的逐渐钝化,是造成电极电催化氧化活性下降的主要原因。
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