学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

复合氧化物纳米电极的制备及催化氧化降解污染物

作　者: 李楹
导　师: 赵国华
学　校: 同济大学
专　业: 物理化学
关键词: 纳米尺度电极复合氧化物电极锡锑氧化物贵金属稀土金属电催化氧化溶胶凝胶-浸渍提拉法循环伏安法有机污染物电化学振荡
分类号: X505
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 64次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

电化学催化氧化降解有机污染物技术具有一系列其他处理方法难以比拟的优越性，研制各种高效的适用于环境污染物处理的电极是近年来国内外研究的热点。本文从改善电极表面的微观结构和修饰物种两个方面入手，制备具有纳米尺度的复合型氧化物修饰电极，以期提高催化电极的电化学性能和工作寿命，从而能够高效地催化降解环境污染物，为实用性纳米催化电极应用于环保处理提供了可靠的应用研究基础。以钛基复合氧化物电极为研究对象，通过不同的制备方法得到了具有不同表面微观结构的SnO₂+Sb₂O₅／Ti电极，同时掺杂具有良好催化性能的物质，一类为贵金属Pt和Pd，得到贵金属—非贵金属复合氧化物电极；另一类为稀土金属La、Ce、Eu、Sm，得到稀土金属—非贵金属复合氧化物电极。采用SEM和XRD技术对制备得到的各种电极表征结果表明，采用溶胶凝胶—浸渍提拉法制备得到的SnO₂+Sb₂O₅／Ti电极的平均晶粒尺寸为20nm，具有超大的电化学活性表面，掺杂Pt和Pd的SnO₂+Sb₂O₅／Ti电极的平均晶粒尺寸分别为25nm和35nm，而稀土掺杂SnO₂+Sb₂O₅／Ti电极的平均晶粒尺寸都在50nm以下，均为纳米复合氧化物电极。纳米SnO₂+Sb₂O₅／Ti电极的析氧电位在酸性、碱性和中性三种介质中分别为2.2V、1.0V、2.1V，都高于微米SnO₂+Sb₂O₅／Ti电极相对应的2.1V、0.8V、1.5V析氧电位值，尤其在中性介质中差异较大。掺杂铂、钯贵金属后，在酸性和中性介质中电极的析氧电位略有降低，其中掺铂的纳米复合电极比掺钯略为低些。掺杂稀土金属后，在酸性和中性介质中电极的析氧电位与纳米SnO₂+Sb₂O₅／Ti电极基本相同，而在碱性介质中有所提高。进一步研究还得出，若电极表面氧化物粒径由微米级达到纳米级时，复合氧化物电极在同一介质中的氧化反应传递系数β值明显增大。而掺杂贵金属、稀土金属与未掺杂的纳米SnO₂+Sb₂O₅／Ti电极相比，掺杂贵金属Pt和Pd的纳米复合氧化物电极的β值均有所增大，增大幅度为8.11％～10.71％，其中掺杂Pd的纳米复合氧化物电极的β值提高更大。掺杂稀土金属的纳米复合氧化物电极的β值也有所增大，增大幅度为6.21％～97.53％，其中掺杂Eu的纳米复合氧化物电极的β值为最高。纳米尺度的SnO₂+Sb₂O₅／Ti电极的强化寿命相比于微米尺度电极有很大的提高，是原来的3倍。进一步掺杂贵金属后，修饰电极的强化寿命可以提高到4倍；而掺杂稀土金属后，修饰电极的强化寿命可以提高到30小时左右，是未掺杂的纳米SnO₂+Sb₂O₅／Ti电极的5倍。与微米尺度电极相比，纳米SnO₂+Sb₂O₅／Ti电极对有机小分子有着较好的电催化性能，尤其是观察到了甲醛在纳米SnO₂+Sb₂O₅／Ti电极上产生的电化学振荡，这一现象有力地体现了纳米尺度效应，当氧化物粒径达到纳米尺度后，电极表面积大大增加，表面活性位点增多，催化性能增强。在掺杂贵金属的纳米SnO₂+Sb₂O₅／Ti电极上也同样发现了类似现象。有机物小分子在掺杂稀土金属的复合氧化物电极上的电化学性能表现出催化氧化的选择性，如对苯胺的电催化性能有所提高，对苯酚的电催化性能略有下降。考察了微米尺度SnO₂+Sb₂O₅／Ti电极和7种纳米复合氧化物电极对苯酚、苯胺、苯甲酸的氧化降解效果，并进行了对比。实验数据表明，纳米SnO₂+Sb₂O₅／Ti电极的相对总降解能力是微米SnO₂+Sb₂O₅／Ti电极的5倍，掺杂贵金属后基本不变，掺杂稀土金属后可进一步提高40％～60％。与微米尺度的SnO₂+Sb₂O₅／Ti电极上相比较，苯酚在纳米SnO₂+Sb₂O₅／Ti电极和掺杂稀土的SnO₂+Sb₂O₅／Ti电极上的直接电化学氧化程度较高，而掺杂贵金属的SnO₂+Sb₂O₅／Ti电极上的直接氧化的程度有所下降；但对于苯胺的电化学氧化反应，纳米尺度的复合氧化物电极的氧化降解能力未有明显地提高，这可能是因为聚苯胺的生成影响了电极的活性表面和电流效率；对于苯甲酸的电化学氧化反应，以掺杂Pt的纳米SnO₂+Sb₂O₅／Ti电极的氧化降解效果为好。本论文为进一步制备筛选适用于环境污染物电化学氧化降解地高效、实用性催化电极的研究提供了良好的理论依据。电极表面微观结构对电极催化氧化有机污染物的性能起着重要的作用，电极表面氧化物的平均晶粒尺度、掺杂的物种与电极的强化寿命以及对有机物的降解性能是紧密关联的，掺杂物种可以改变修饰层晶体的生长，从而影响晶粒的微观结构和晶粒尺度，而且可以改善锡锑氧化层和Ti基体的结合能力，提高电极的强化寿命，同时平均晶粒尺寸的减小可以增大电极的活性表面，从而提高电极的氧化降解能力。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第1章绪论  11-30
  1.1 研究背景  11-26
    1.1.1 适用于污染物电化学氧化降解的电极材料的特性和研究发展方向  11-14
    1.1.2 金属氧化物电极的特点、种类与制备方法  14-24
    1.1.3 金属氧化物电极在有机污染物降解中的应用与存在的问题  24-26
  1.2 论文研究的目的与研究内容  26-30
    1.2.1 研究思路  26
    1.2.2 研究目标  26-27
    1.2.3 研究内容  27-30
第2章贵金属—非贵金属纳米复合氧化物电极的制备、表征及电催化性能  30-66
  2.1 实验部分  33-36
    2.1.1 钛基体的预处理  33-34
    2.1.2 贵金属—非贵金属纳米复合氧化物电极的制备  34-36
    2.1.3 不同介质中各种电极电化学性能的测定  36
    2.1.4 电极强化寿命的测试  36
    2.1.5 各种电极表面结构的表征  36
  2.2 结果和讨论  36-64
    2.2.1 贵金属—非贵金属纳米复合氧化物电极的表面微观结构形貌的表征  36-43
    2.2.2 贵金属—非贵金属纳米复合氧化物电极的电化学性能  43-48
    2.2.3 贵金属—非贵金属纳米复合氧化物电极的强化寿命  48-49
    2.2.4 贵金属—非贵金属纳米复合氧化物电极对有机小分子的电化学催化性能  49-64
  2.3 结论  64-66
第3章稀土金属—非贵金属纳米复合氧化物电极的制备、表征及电催化性能  66-87
  3.1 实验部分  71-72
    3.1.1 钛基体的预处理  71
    3.1.2 稀土金属—非贵金属纳米复合氧化物电极的制备  71-72
    3.1.3 不同介质中各种电极电化学性能的测定  72
    3.1.4 电极强化寿命的测试  72
    3.1.5 各种电极表面结构的表征  72
  3.2 结果和讨论  72-86
    3.2.1 稀土金属—非贵金属纳米复合氧化物电极的表面微观结构形貌的表征  72-80
    3.2.2 稀土金属—非贵金属纳米复合氧化物电极的电化学性能  80-83
    3.2.3 稀土金属—非贵金属纳米复合氧化物电极的强化寿命测试  83-84
    3.2.4 稀土金属—非贵金属纳米复合氧化物电极对有机小分子的电化学催化性能  84-86
  3.3 结论  86-87
第4章各种复合氧化物电极电催化氧化降解有机污染物的比较  87-105
  4.1 实验部分  88
  4.2 纳米复合氧化物电极电催化氧化降解有机污染物  88-100
    4.2.1 纳米复合氧化物电极电催化氧化降解有机污染物的模型  88-90
    4.2.2 纳米复合氧化物电极电催化氧化降解苯酚  90-93
    4.2.3 纳米复合氧化物电极电催化氧化降解苯胺  93-96
    4.2.4 纳米复合氧化物电极电催化氧化降解苯甲酸  96-100
  4.3 纳米复合氧化物电极电催化氧化降解有机污染物的影响因素分析  100-104
  4.4 结论  104-105
第5章主要结论  105-107
致谢  107-108
参考文献  108-118
个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果  118

复合氧化物纳米电极的制备及催化氧化降解污染物

内容摘要

全文目录

相似论文