鈦基SnO2-Sb電極的制備及電催化氧化苯酚過程的研究.pdf

1、本文采用熱分解法制備摻雜改性鈦基SnO2-Sb電極，以制備的電極為陽極構(gòu)建電催化反應(yīng)體系，并對(duì)模擬苯酚廢水的電催化氧化降解過程進(jìn)行了研究。
　　 采用SEM、XRD、極化曲線、模擬苯酚廢水的電化學(xué)氧化降解實(shí)驗(yàn)方法，研究了熱分解溫度(400℃、500℃、600℃、700℃)、摻雜元素(La、Ce、Gd、Zr、Sr)、摻雜量(原子摩爾比Sn：Sb：Zr=100:10：X，X=0.5、1、2、3.5、5)，制備條件對(duì)鈦基SnO2-Sb

2、電極的形貌、結(jié)構(gòu)、析氧電位、Tafel斜率、苯酚去除率的影響。研究結(jié)果表明，熱分解溫度為500℃，Zr摻雜比例為摩爾比Sn：Sb：Zr=100:10:2的條件下制備的鈦基SnO2-Sb電極表面形貌更加致密、無龜裂現(xiàn)象、分布均勻，結(jié)晶充分，具有較高的析氧電位和苯酚的電催化性能。
　　 以優(yōu)化的鈦基SnO2-Sb電極為陽極，鈦板為陰極，在無隔膜電解槽中，對(duì)恒流電催化氧化模擬苯酚廢水的過程進(jìn)行研究。系統(tǒng)地研究了溶液初始pH值、苯酚初始

3、濃度、電解質(zhì)濃度和電流密度對(duì)降解效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：初始pH值在5到7之間具有較好的苯酚去除效果，堿性條件下最差；隨著苯酚初始濃度逐漸增加，苯酚的去除率逐漸降低，但去除量卻有大幅度的提高；電解質(zhì)濃度在0.05-0.45mol/L的范圍內(nèi)，濃度越高，苯酚去除效果越好，但超過0.25mol/L提高的不是很明顯；隨著電流密度增大，苯酚的去除效果有很大提高，但是超過20mA/cm2時(shí)提高的不是很明顯。
　　 利用響應(yīng)面分析法對(duì)鈦基

4、SnO2-Sb電極電催化氧化模擬苯酚廢水的三個(gè)影響因素和最優(yōu)化降解條件進(jìn)行了探討。通過Design-Expert7軟件獲得1個(gè)二次響應(yīng)曲面模型。結(jié)果表明，最佳初始pH值、初始苯酚濃度和電流密度，分別為5.85，28.4mA/cm2和50mg/L，此時(shí)苯酚的去除率達(dá)到最大(73.51％)。方差分析表明，模型具有較高的回歸率(R2=98.92%、Adj R2=97.54%)，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合程度較高。滿意度函數(shù)法分析表明此最優(yōu)化過程具有較高滿

5、意度(D=0.81143)。
　　 利用高效液相色譜(HPLC)研究了鈦基SnO2-Sb電極和摻雜Zr的鈦基SnO2-Sb電極的苯酚降解路徑，結(jié)果表明，兩種電極降解苯酚的路徑基本相同，推測(cè)的苯酚降解路徑為苯酚的鄰、對(duì)位通過羥基自由基(·OH)的親電反應(yīng)生成鄰苯二酚、對(duì)苯二酚，然后開環(huán)形成順丁烯二酸與丁二酸，再斷鍵形成草酸，最終被徹底氧化成CO2。通過對(duì)不同電解時(shí)間溶液的TOC分析，發(fā)現(xiàn)摻雜Zr的鈦基SnO2-Sb電極的礦化程度和

6、礦化電流效率均高于未摻雜的鈦基SnO2-Sb電極。采用XPS考察了不同電極表面元素組成及化學(xué)態(tài)，并結(jié)合苯酚降解實(shí)驗(yàn)及XRD、TOC等測(cè)試結(jié)果，探討了鈦基SnO2-Sb電極的電催化降解有機(jī)污染物的機(jī)理并分析電極結(jié)構(gòu)與電催化活性之間的關(guān)系。結(jié)果表明，Zr的摻雜有利于減少SnO2晶格中的氧空位，降低Sn原子周圍電荷密度，提高電極表面的吸附氧含量，這些都有利于電極表面存在更多的羥基自由基，發(fā)生更多的“電化學(xué)燃燒”反應(yīng)，提高電極的電催化性能。