纳米铂微粒电极催化氧化有机污染物的研究

采用电化学阴极还原-阳极氧化方法制备了纳米铂微粒电极.电极表面的微观结构表征表明,铂微粒在三维网状的氧化钛膜孔道中呈均匀、高度分散状态,且粒径细小,铂微粒充分裸露,使得纳米铂微粒电极活性点多,电催化性能高.采用循环伏安法研究了铂微粒电极对有机小分子代表性物质甲醇的电催化氧化行为.结果表明,在酸性、中性和碱性介质中纳米铂微粒电极对甲醇的电催化氧化性能均明显优于光滑铂片电极,甲醇在纳米铂微粒电极上产生的氧化电流密度比光滑铂片电极高100倍以上.2种铂电极催化氧化降解甲醇、苯酚和甲基橙3种有机物时,纳米铂微粒电极的平均氧化电流效率是光滑铂片电极的数倍,这进一步表明纳米铂微粒电极对有机污染物具有良好的催化氧化降解能力.     

掺锑二氧化锡多孔钛阳极对苯酚的催化氧化

研究了掺锑二氧化锡多孔钛基阳极对苯酚的催化氧化,分析了溶液pH值、温度、苯酚初始浓度、盐含量及表观电流密度对苯酚降解效果的影响,并对苯酚的氧化降解历程及动力学特征进行了讨论,紫外分光光度法、高效液相色谱法（HPLC）及化学方法（COD）测试结果表明,苯酚的催化降解中间产物有对苯二酚、苯醌、丁烯二酸、草酸等,最终产物为二氧化碳．苯酚在掺锑二氧化锡多孔钛阳极上的降解动力学方程符合表观拟一级反应。     

含锡锑中间层的铅锑电极的制备及电催化性能研究

采用溶胶凝胶法制备得到具有高稳定性和高电催化活性的含锡锑中间层的铅锑电极,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能量色散谱(EDS)、Brunauer-Emmett-Teller(BET)、线性伏安测试(LSV)及循环伏安测试(CV)等测试方法对制备电极的物相结构、表面形貌、元素组成、比表面积及电催化性能进行分析表征,并考察了不同铅锑电极对二(2-乙基己基)磷酸酯废水的电催化降解性能及其稳定性。结果表明：含锡锑中间层的铅锑电极涂层主要为焦绿石型复合氧化物(Pb₃Sb₂O_8.47)_6.4,中间层表面的较大粗糙度及致密结构有利于提高电极稳定性,活性层表面的蜂窝状微孔结构使电催化性能显著增加。LSV及CV测试表明：含锡锑中间层的铅锑电极具有较好的电催化活性及导电性;该电极在电解二(2-乙基己基)磷酸酯废水2 h的COD去除率可达到92.5%,连续使用62 h后COD去除率能维持在91%以上,电极加速寿命可达到30 h,换算成一般工业电流密度(0.1 A/cm²)下的电极实际使...     

钛基修饰锡锑铅氧化物电极制备及性能研究

采用高温热氧化法制备了钛基锡锑铅氧化物电极,并对不同使用时间的该电极进行SEM和EDX的研究。应用快速电极寿命法测试了该电极在60℃,1.0mol/LH2SO4溶液中的使用寿命。以甲基橙为目标有机物考察了该电极的电催化氧化性能。实验结果表明,该电极具有较长的使有寿命和较高的电催化活性。     

有机污染物苯胺在催化电极上氧化降解的途径

采用循环伏安法和测定催化电极在不同介质中的阳极极化曲线得到析氧电位的方法,考察了有机污染物苯胺在催化电极上的电催化氧化行为.研究结果表明,苯胺在不同催化电极和反应介质中的电催化氧化降解途径可分为协同氧化降解和间接氧化降解2种模型.催化电极对有机污染物的电催化性能、电极的析氧电位大小以及处理体系的介质环境等多方面因素决定了电催化氧化的降解途径并将影响电化学降解的效率.      

MOx颗粒活性炭镀层粒子电极对苯酚的电催化降解特性

为研究半导体金属氧化物颗粒活性炭镀层粒子电极苯酚电催化性能,采用溶胶-凝胶、氧化还原与热分解方法,将TiO₂、MnO₂与SnO₂-Sb和SnO₂-Sb-Mn纳米金属氧化物镀层于AC(颗粒活性炭)表面,制备了催化型粒子电极,使用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及循环伏安曲线(CV)对其物相组成、微观形貌及电催化活性进行表征与分析. 结果表明,这4类金属氧化物可以不同赋存状态存在于AC表面,粒子电极表面活性组分晶格尺寸分别为10.64、11.34、14.68及13.50 nm;催化型粒子电极电催化活性明显高于未负载AC,各粒子电极电催化活性顺序为SnO₂-Sb-Mn/AC>TiO₂/AC>SnO₂-Sb/AC>MnO₂/AC. 半导体金属氧化物镀层可提高填充床电极反应器苯酚废水的催化降解性能,废水苯酚及COD_Cr去除率显著提升,TiO₂/AC、MnO₂/AC、SnO₂-Sb/AC及SnO₂-Sb-Mn/AC粒子电极在电流密度为8.0 mA/cm2的条件下连续电解2.72 h,出水苯酚及COD_Cr去除率分别为87.1%、92.8%、90.4%、100.0%和92.5%、89.3%、88.7%、97.2%,高于AC粒子电极的84.2%和79.1%,并且可消除苯酚电催化反应中醌类物质积累.      

负载型粒子电极电催化氧化苯酚的研究

以颗粒活性炭(AC)为载体,分别采用氧化还原法和热分解法制备了炭载纳米MnO2、SnO2-Sb-Mn粒子电极,并通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及电化学测试对其物相组成、微观形貌和电催化活性进行表征.结果表明,制备的MnO2晶粒主要以α-MnO2与δ-MnO2晶型聚团存在于AC孔隙边缘,SnO2-Sb-Mn活性组分则以固溶体形式分布于AC表面及孔隙内,两类晶体平均粒径分别为11.47,13.70nm,金属氧化物镀层可增加循环伏安曲线测试过程的伏安电荷量,提高粒子电极电催化活性.填充床苯酚模拟废水电催化降解实验表明,MnO2/AC与SnO2-Sb-Mn/AC填充床电极反应器出水苯酚及COD去除率均高于AC填充床,电流效率增大而能耗降低.在电流密度12.0mA/cm2和反应时间140min条件下,SnO2-Sb-Mn/AC粒子电极的苯酚及COD去除率分别为94.7%和90.4%,电流效率达62.7%,能耗为20.3kWh/kgCOD.     

芳香有机物电化学氧化降解的研究

为了考察物质结构对难生物降解芳香化合物电催化氧化的影响,实验研究了典型的酚类和胺类芳香污染物的电化学氧化降解。结果表明:电催化氧化技术可有效处理水中的芳香化合物,苯环上取代基对有机物的电催化降解活性有很大影响,带有供电子取代基团的芳香化合物的电催化降解速率比带有吸电子取代基团的芳香化合物的电催化降解速率快。处理2 h,苯酚、苯胺和甲苯胺接近完全去除,对氯苯酚和对氯苯胺的去除率超过90%,对硝基苯酚和2,4-二氯酚的去除率也达到70%左右。     

不同涂层电极和抑制剂对电化学氧化降解苯酚的影响

采用热分解法和电沉积法2种工艺制得4个二氧化铅电极,用扫描电镜（SEM）观察了电极表面形貌.以水杨酸(2-HBA)为捕获剂,用高效液相色谱仪测定羟基自由基与水杨酸的羟基化产物2,5-二羟基苯甲酸(2,5-DHBA)的量作为产生的羟基自由基的浓度.通过羟基自由基的浓度的测定和苯酚的降解,研究了不同涂层电极和抑制剂对电化学氧化对苯酚降解的影响.热分解电极、无掺杂电极、掺铋电极和掺镧电极产生羟基自由基的最大浓度分别为0.781、1.048、1.838、2.044 μmol/L,以这4个电极为阳极对苯酚进行电解, 1.5　h苯酚去除率分别为87.30%、93.55%、97.95%、98.70%,5　h　TOC去除率分别为86.75%、94.26%、98.53%、99.60%;以掺镧电极为阳极,加入抑制剂CO^2-₃、PO^3-₄、CH₃ＣＯＯ^-产生的羟基自由基的最大浓度分别为无检出、0.170 μmol/L、0.270 μmol/L,对苯酚进行电解,5 h苯酚去除率分别为99.06%、99.98%、99.79%.电沉积法制得电极对苯酚的降解效果优于热分解法制得的电极,而掺杂的电极优于无掺杂的电极,掺镧电极对苯酚降解效果最好,抑制剂CO^2-₃、PO^3-₄、CH₃ＣＯＯ^-存在时会对苯酚的降解起到阻碍作用,CO^2-₃阻碍作用最强.不同制备方法和掺杂不同添加剂制得的电极的催化性能不同,对苯酚的降解效果也不同;羟基自由基的浓度越大,苯酚的降解效果越好,抑制剂捕获了产生的羟基自由基,不利于苯酚的降解.     

苯酚在金刚石膜电极上的电化学氧化降解过程

采用循环伏安法、交流阻抗法、恒电位计时电流法,并结合高效液相色谱方法,研究了苯酚在金刚石膜电极上的电化学氧化降解过程.结果表明,苯酚在电化学氧化降解中经历了苯二酚、苯醌的形成和进一步被氧化的过程,苯二酚在反应过程中的积累很少,迅速氧化为苯醌,而醌类中间产物则较难进一步氧化,在反应过程中积累的浓度较高.苯酚在金刚石膜电极上有不同的电化学氧化反应途径,在低于金刚石膜电极析氧电位下,发生单纯直接电化学氧化过程;在高于金刚石膜电极析氧电位下,间接电化学氧化和直接电化学氧化将同时发生作用.     

Effect of Sb dopant amount on the structure and electrocatalytic capability of Ti/Sb-SnO2 electrodes in the oxidation of 4-chlorophenol

Ti/Sb-SnO_2 anodes were prepared by thermal decomposition to examine the influence',of the amount of Sb dopant on the structure and electrocatalytic capability of the electrodes in the oxidation of 4-chlorophenol.The physicochemical properties of the Sb-SnO_2 coating were markedly influenced by different amounts of Sb dopant.The electrodes,which contained 5% Sb dopant in the coating, presented a much more homogenous surface and much smaller mud-cracks,compared with Ti/Sb-SnO_2 electrodes containing 10% or 15% Sb dopant,which exibited larger mud cracks and pores on the surface.However,the main microstructure remained unchanged with the addition of the Sb dopant.No new crystal phase was observed by X-ray diffraction(XRD).The electrochemical oxidation of 4-chlorophenol on the Ti/SnO_2 electrode with 5% Sb dopant was inclined to electrochemical combustion;while for those containing more Sb dopant,intermediate species were accumulated.The electrodes with 5% Sb dopant showed the highest efficiency in the bulk electrolysis of 4-chlorophenol at a current density of 20 mA/cm~2 for 180 min;and the removal rates of 4-chlorophenol and COD were 51.0% and 48.9%,respectively.     

三维电极体系电催化氧化效率的研究

使用三维电极反应器处理不同盐量的草酸模拟废水,以IrO_2-Ta_2O_5/Ti为阳极、5 mm的球状活性炭(granular activatedcarbon,GAC)为填料,在电流密度100 A/m²,极板间距50 mm的条件下,进行电催化氧化过程中化学需氧量(Chemical oxygen demand,COD)、电流效率(Average current efficiency)以及能耗(Energy consumption)的对比,实验结果表明在盐量为0.50%～3.00%的范围内,由于双电层电容的储能作用,提高盐量造成COD去除率有所下降,但能够提高反应末期电流效率,同时由于操作电压的降低可减少反应能耗。通过对比苯酚和草酸的电催化氧化过程证明电催化氧化过程具有较强的氧化有机物的能力。     

La-PTFE共掺杂二氧化铅电极的制备及其性能研究

以Ti为基体,掺杂La2O3和聚四氟乙烯(PTFE),通过电沉积法制备了Ti/SnO2+Sb2O3/PTFE+La2O3+β-PbO2电极,并将所制备的电极应用于亚甲基蓝模拟染料废水的降解.结果发现,与常规的Ti/SnO2+Sb2O3/PTFE+β-PbO2电极相比,Ti/SnO2+Sb2O3/PTFE+La2O3+β-PbO2电极对亚甲基蓝及COD有较好的去除效果.含有La2O3活性层的Ti/SnO2+Sb2O3/PTFE+La2O3+β-PbO2电极在电解质浓度为0.15mol.L-1,电极极距为6.0cm的酸性条件下降解亚甲基蓝的效果最佳.降解3.0h后,对100mg.L-1亚甲基蓝的去除率可达到97.92%,对COD去除率为93.39%.SEM结果显示,Ti/SnO2+Sb2O3/PTFE+La2O3+β-PbO2电极表面颗粒鲜明,比表面积增大,改善了电极的微观结构和催化效果.电化学测试表明,La2O3的掺杂显著提高了二氧化铅电极的析氧过电位,显示出较好的应用前景.     

热处理对SnO2/Ti电化学催化降解p-苯醌的影响

用热分解方法制备了钛基二氧化锡阳极(SnO₂/Ti),对比研究了空气/氧气2种热处理气氛对电极性能的影响.用扫描电镜(SEM)观察了电极表面形貌,对电极表面主要膜元素的化学状态进行了X射线光电子能谱(XPS)分析,对电极在不同溶液的动电位极化行为进行了测试,研究了2种电极在5mA/cm²恒电流状态下对p-苯醌的电解催化去除性能.SEM观察表明,2种电极表面都为典型的泥裂形貌,但在氧气气氛中退火处理的电极具有更大的活性表面积.XPS分析发现,在氧气气氛中退火处理的电极表面Sn3d_5/2、Sb3d_5/2电子的结合能较在空气气氛中退火处理的低0.15eV.动电位极化测试结果与恒电流电解实验结果都表明,在氧气气氛中退火处理的电极对水中p-苯醌具有更好的电化学催化去除性能.在电解进行至溶液完全脱色的情况下,氧气气氛中退火处理的电极对水中TOC的去除率为76.3%,而空气气氛中退火处理的电极对水中TOC的去除率为63.3%.在2种电极条件下,溶液中TOC浓度随电解时间的变化规律均符合指数变化规律.     

钛基β-PbO2阳极催化性能及氧化机理研究

采用提拉法和电沉积法制作Ti／SnO2＋Sb2O3／β-PbO2阳极,通过SEM扫描、XRD分析和极化曲线测定表征具有良好结构和催化性能。利用该电极氧化靛红水溶液,表征Ti／SnO2＋Sb2O3／β-PbO2电极氧化机理,阳极氧化以[·OH]氧化有机物,次级氧化以阳极生成的活性相对差、寿命较长的H2O2,O3氧化有机物。Ti／SnO2＋Sb2O3／β-PbO2阳极氧化有机物是湿式氧化费用的30％～50％,具有广泛应用前景。     

Electrochemical degradation of p-nitrophenol with different processes

The electrochemical degradation of p-nitrophenol (PNP) under di erent conditions was investigated. The electrochemical behavior of PNP and its reduction product p-aminophenol (PAP) on stainless steel cathode and Ti/Pt anode through cyclic voltammetry were observed. Electrochemical degradation process was performed in an undivided cell and 92% PNP was removed corresponding to a 22% total organic carbon removal. A divided cell was also used and it was found that PNP degradation was mainly attributed to cathodic reduction, while anodic oxidation was responsible for PNP removal due to the reaction with hydroxyl radicals and surface oxide generated on the anode. The sequential electrolytic processes, reduction-oxidation and oxidation-reduction, were compared in the divided cell. In the case of reduction-oxidation process, the total organic carbon removal reached 40%, but PNP removal was the same with the undivided cell. A black deposit was found in the e uent and identified by Fourier transform infrared spectroscopy as a polymer of PAP produced by the 1,4-addition reaction of quinoneimine. Intermediates left in the solution such as hydroquinone, p-benzoquinone and PAP were determined by high performance liquid chromatography. Whereas, the oxidation-reduction process proved unsatisfying.     

Enhanced photodegradation of phenolic compounds by adding TiO2 to soil in a rotary reactor

Photodegradation ofpentachlorophenol （PCP） and p-nitrophenol （PNP） in soil was carried out in a designed rotary reactor, which can provide the soil particles with continually uniform irradiation, and on a series of thin soil layers. TiO2, as a kind of environmental friendly photocatalyst, was introduced to the soil to enhance the processes. Compared with that on the soil layers, photodegradation of PCP at initial concentration of 60 mg/kg was improved dramatically in the rotary reactor no matter whether TiO2 was added, with an increase of 3.0 times in the apparent first-order rate constants. The addition of 1 wt% TiO2 furthered the improvement by 1.4 times. Without addition of TiO2, PNP （initial concentration of 60 mg/kg） photodegradation rate in the rotary reactor was similar to that on the soil layers. When 1 wt% additional TiO2 was added, PNP photodegradation was enhanced obviously, and the enhancement in the rotary reactor was 2 times of that on the soil layers, which may be attributed to the higher frequency of the contact between PNP on soil particles and the photocatalyst. The effect of soil pH and initial concentrations of the target compounds on the photodegradation in the rotary reactor was investigated. The order of the degradation rate at different soil pH was relative to the aggregation of soil particles during mixing in the rotary reactor. Photodegradation of PCP and PNP at different initial concentrations showed that addition of TiO2 to enhance the photodegradation was more suitable for contaminated soil with higher concentration of PCP, while was effective for contaminated soil at each PNP concentration tested in our study.     

两维紫外吸收光谱解析有机污染物降解动力学过程

通过解析降解反应过程中测得的两维紫外吸收光谱，可较简便地获得有关污染物降解的动力学模型、速率常数等动力学信息。研究结果表明，苯酚在Ti/SnO2 Sb2O3电极上的电催化降解反应是按串连反应动力学模型进行的，降解中必须经历有紫外吸收的芳香中间体生成过程。中间产物的产生和进一步氧化分解的速率在较大程度上决定了电极对有机污染物的电催化降解效率。阴极对整个电催化降解过程影响较小。     

三维粒子电极催化氧化活性艳红X-3B实验研究

采用浸渍焙烧法制备了Cu/γ-Al2O3、Cu-Co/γ-Al2O3粒子电极,TiO2/Ti为阳极、石墨为阴极,采用三维电极降解染料模拟废水活性艳红X-3B溶液,考察了粒子电极、槽电压、pH值、电解质浓度等因素对处理效果的影响。实验结果表明:该反应器能够有效的降解X-3B,粒子电极显示了较高的催化活性,双组分粒子电极Cu-Co/γ-Al2O3比单组分粒子电极Cu/γ-Al2O3有着更好的催化效果,降解机制主要是电致·OH的间接氧化和粒子电极表面的直接氧化的协同作用。