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不锈钢基Sb掺杂SnO_2阳极的制备及催化性能研究

作　者: 张殿宏
导　师: 于秀娟
学　校: 黑龙江大学
专　业: 无机化学
关键词: 电化学阳极材料电催化掺锑二氧化锡苯酚
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 25次
引　用: 2次
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内容摘要

在废水处理领域,难降解有机污染废水始终是一个研究热点,由于其成分复杂,可生化性差,并且大多具有生物毒性,采用传统的生物法只能去除其中很小一部分。因此寻找高效节能的环保处理手段成为了一项迫切而艰巨的任务。电化学方法治理废水有着其独特的优点。电催化氧化技术以环境友好,处理污染物能力强、设备体积小等优点为人们所关注,成为研究的热点,而与电催化特性密切相关的阳极材料更是人们关注的焦点。钛基涂层电极(DSA)是最主要的金属氧化物电极,DSA电极也为电催化电极的制备提供了一条新思路,使本身不具备结构支撑功能的材料(尤其是大量具有催化功能的金属氧化物)通过复合工艺在电极反应中获得应用。本论文以不锈钢作为基体材料,运用溶胶—凝胶工艺,选择最佳工艺参数制备了不锈钢基Sn02膜。在获得了不锈钢基Sn02膜制备最佳工艺的基础上,进行了在不锈钢基材上制备掺杂Sb的Sn02膜的研究,通过X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等研究手段深入研究各种制备条件包括温度、掺杂浓度和涂膜次数对薄膜组成和微观结构的影响,探讨了不锈钢基Sb掺杂Sn02薄膜的成膜机理。采用苯酚作为模拟污染物,通过苯酚溶液COD去除实验表征了所制备的不锈钢基Sb掺杂Sn02阳极电化学催化性能,经3小时的电解,苯酚的浓度从100 mg／L降低到3.8 mg／L,说明制备的不锈钢基Sb掺杂Sn02阳极具有很好的催化作用和很好的污水处理能力。为了研究不同的因素(温度、pH、电解质浓度、电解时间、电流)对苯酚降解COD去除性能的影响,我们以不锈钢基Sb掺杂Sn02作为阳极,利用工业纯钛作为阴极,Na2S04为支持电解质,对苯酚溶液进行电解实验。通过实验发现：随着苯酚初始浓度的增加,苯酚和COD的去除率有较大降低,但去除量却有大幅度的提高；升高溶液温度,增加溶液中电解质浓度,增加电解电流,可使溶液的导电率增加,提高苯酚和COD的降解速率；在较低pH值下,增加溶液的初始pH值有利于苯酚的降解,当pH值为5和7时达到最高,继续增大溶液pH值,则析氧反应加剧,不利于苯酚的降解。

全文目录

中文摘要  2-4
Abstract  4-9
第1章绪论  9-19
  1.1 前言  9-10
  1.2 本课题相关领域国内外发展概况  10-12
  1.3 水处理领域催化电极研究进展  12-18
    1.3.1 碳素电极  13-14
    1.3.2 合成掺硼金刚石薄层电极  14
    1.3.3 金属电极  14-15
    1.3.4 非金属化合物电极  15
    1.3.5 金属氧化物电极  15-17
    1.3.6 复合金属氧化物电极的制备方法  17-18
  1.4 研究过程中的主要问题、难点和解决方法  18
    1.4.1 主要问题、难点  18
    1.4.2 解决方法  18
  1.5 主要研究内容  18-19
第2章实验材料及实验方法  19-29
  2.1 原料  19
    2.1.1 基体  19
    2.1.2 制备氧化膜层的原料  19
  2.2 不锈钢基Sb掺杂SnO_2阳极的制备  19-21
    2.2.1 不锈钢基Sb掺杂SnO_2阳极的制备采用溶胶—凝胶法工艺  19-20
    2.2.2 试验所需设备  20
    2.2.3 试样制备过程  20-21
  2.3 结构和性能的研究  21-29
    2.3.1 X射线衍射结构分析(XRD)  21
    2.3.2 氧化膜的傅立叶红外光谱法(FTIR)分析  21-22
    2.3.3 电子扫描显微镜(SEM)表面形貌分析  22
    2.3.4 电阻率的测定  22-24
    2.3.5 粘度的测定  24
    2.3.6 LSV测试  24
    2.3.7 电极降解苯酚和COD的研究  24-29
第3章不锈钢基Sb掺杂SnO_2阳极制备及表征  29-44
  3.1 不锈钢基Sb掺杂SnO_2阳极制备工艺的研究  29-33
    3.1.1 SnCl_2浓度对成膜性能的影响  30-31
    3.1.2 陈化时间和温度对成膜性能的影响  31-32
    3.1.3 SnO_2/Sb膜制备工艺的研究  32-33
  3.2 不锈钢基SnO_2/Sb薄膜组成和结构的研究  33-41
    3.2.1 SnO_2膜结构的傅立叶红外光谱法(FTIR)分析  34-35
    3.2.2 热处理温度对薄膜组成和结构的影响  35-37
    3.2.3 Sb掺杂浓度对薄膜的组成和结构的影响  37-40
    3.2.4 掺杂浓度对膜面颜色的影响  40-41
  3.3 SnO_2/Sb薄膜的形成机理  41-42
  3.4 SnO_2/Sb薄膜的导电性能分析  42-43
  3.5 本章小结  43-44
第4章不锈钢基Sb掺杂SnO_2阳极电催化性能研究  44-53
  4.1 电催化降解苯酚效果的研究  44-52
    4.1.1 苯酚浓度的影响  44-45
    4.1.2 降解时间的影响  45-46
    4.1.3 溶液温度的影响  46-48
    4.1.4 溶液中盐含量的影响  48-49
    4.1.5 溶液初始pH值的影响  49-50
    4.1.6 电流的影响  50-52
  4.2 本章小结  52-53
结论  53-54
参考文献  54-59
致谢  59-60

不锈钢基Sb掺杂SnO_2阳极的制备及催化性能研究

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