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钛基金属氧化物涂层电极的制备及应用研究

作　者: 关江勇
导　师: 张丽；韩卫清
学　校: 南京理工大学
专　业: 环境工程
关键词: 掺杂改性钛基体电催化活性硝基苯废水
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本研究以Ti/Sn-Sb电极为基础,掺杂Fe、Mn、Ni、Ru和Co等元素,采用刷涂热解法制备改性电极。通过SEM、XRD和电化学工作站等分析方法,考察改性电极的表面形貌、析氧电位值和使用寿命等因素,并以模拟硝基苯废水为目标污染物,优化改性电极的最佳降解条件,同时对降解过程中废水的温度上升和颜色变化情况,以及电极的涂层脱落现象进行初步探索,为后续研究和工程应用提供一定的参考价值。以Ti/Sn-Sb电极为基础,Sn、Sb和X(X代表掺杂元素)按照原子质量比为100:10:5的比例配制涂液,在475℃高温下煅烧以制备改性电极。结果表明：采用刷涂热解法制备电极,易造成阳极表面活性涂层产生“龟裂”现象,影响电极的催化活性和使用寿命。另外,与掺杂其它元素的改性电极相比,Ti/Sn-Sb-Mn电极的使用寿命最长。选取Ti/Sn-Sb-Mn改性电极处理实验室模拟硝基苯废水,其中采用不锈钢板为阴极板,极板面积为25cm2。结果表明：以15g/L的Na2S04为电解质,在废水初始pH值为6,电流密度为20mA/cm2,极板间距为2cm的条件下,硝基苯浓度由98.3mg/L降解到4.1mg/L,去除率达到95.9%,TOC浓度由48.5mg/L降至12.3mg/L,去除率达到71%。证明Ti/Sn-Sb-Mn改性电极能够将硝基苯氧化降解。采用电化学氧化法处理实验室模拟硝基苯废水,考察废水的温度和颜色,以及电极涂层脱落时间和脱落面积等的变化。结果表明：电流密度越大,温度变化速率越大,终温也较高,而pH值、极板间距和废水初始浓度对温度变化影响不大；在电化学反应过程中,金属元素以离子形态进入到溶液中,致使溶液颜色发生微变；另外,当废水呈酸性且电流密度较大的条件下,由于电化学反应比较剧烈,活性涂层消耗严重,导致脱落时间比较早,脱落面积也比较大。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
1 绪论  10-21
  1.1 引言  10-11
  1.2 电化学氧化法的基本原理  11-12
    1.2.1 电化学氧化法  11-12
  1.3 电极材料的选择  12-14
    1.3.1 选取电极材料的关键因素  12-13
    1.3.2 工程应用中电极材料的特点  13-14
  1.4 电极材料的发展  14-15
    1.4.1 石墨电极  14
    1.4.2 铅和铅基合金电极  14-15
    1.4.3 钛基涂层金属氧化物电极  15
  1.5 钛基涂层金属氧化物电极的改性及应用  15-18
    1.5.1 Ti/PbO_2  16
    1.5.2 Ti/RuO_2  16-17
    1.5.3 Ti/SnO_2  17
    1.5.4 Ti/TiO_2  17-18
  1.6 钛基涂层金属氧化物电极的制备方法  18-19
    1.6.1 刷涂热解法  18-19
    1.6.2 电沉积方法  19
    1.6.3 溶胶-凝胶法  19
    1.6.4 磁控溅射法  19
  1.7 论文研究意义和研究内容  19-21
2 电极制备及性能表征  21-37
  2.1 实验仪器及设备  21
  2.2 实验试剂及材料  21-22
  2.3 电极制备  22-23
    2.3.1 刷涂热解法工艺流程图  22
    2.3.2 基体的预处理  22-23
    2.3.3 涂液的配制  23
  2.4 电极性能表征  23-25
    2.4.1 电极表面氧化物晶型表征  23
    2.4.2 电极表面形貌表征  23-24
    2.4.3 电极的析氧极化曲线测试  24
    2.4.4 电极寿命  24-25
  2.5 表征结果分析  25-36
    2.5.1 电极表面形貌及晶型分析  25-31
    2.5.2 析氧极化曲线结果分析  31-35
    2.5.3 电极寿命测试  35-36
  2.6 本章总结  36-37
3 Ti/Sn-Sb-Mn电极处理模拟硝基苯废水的研究  37-47
  3.1 引言  37
  3.2 实验原理  37
  3.3 实验装置  37-38
  3.4 实验方法  38
  3.5 结果与讨论  38-45
    3.5.1 电解质种类对硝基苯降解效果的影响  38-40
    3.5.2 Na_2SO_4的质量浓度对硝基苯降解效果的影响  40
    3.5.3 不同pH值对硝基苯降解效果的影响  40-42
    3.5.4 电流密度对硝基苯降解效果的影响  42-43
    3.5.5 极板间距对硝基苯降解效果的影响  43-44
    3.5.6 优化条件下模拟硝基苯废水的处理效果  44-45
  3.6 本章总结  45-47
4 电化学氧化法处理硝基苯废水过程中的现象分析  47-53
  4.1 引言  47
  4.2 实验装置与方法  47
  4.3 结果与讨论  47-51
    4.3.1 电流密度的影响  47-48
    4.3.2 pH的影响  48-49
    4.3.3 极板间距的影响  49-50
    4.3.4 模拟废水初始浓度的影响  50-51
  4.4 本章总结  51-53
5 结论与建议  53-55
  5.1 结论  53-54
  5.2 建议  54-55
致谢  55-56
参考文献  56-60

钛基金属氧化物涂层电极的制备及应用研究

内容摘要

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