高效金屬摻雜PbO2電極的制備及用于降解典型制藥廢水的研究.pdf

1、制藥廢水中難降解有機(jī)物含量多，且大多數(shù)具有較強(qiáng)的毒性和“三致”作用,這類難降解污染物未經(jīng)處理排入水體后，會(huì)長時(shí)間殘留在水體中，對(duì)人體健康和水生生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重的影響。因此，制藥廢水的治理引起了研究者的關(guān)注。電催化氧化技術(shù)因其高效、無二次污染物及環(huán)境兼容性等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于難生物降解廢水的治理。電極材料是電催化氧化技術(shù)降解污染物的核心，其中，PbO2電極具有低成本、易制備、高析氧電位及良好的化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，目前已被視為最有應(yīng)用前景的

2、的電極材料之一。然而，此類電極仍需要進(jìn)一步改進(jìn)，如兼顧高催化活性和穩(wěn)定性，減小能耗等。因此，本論文針對(duì)高效的PbO2電極的開發(fā)，開展了制備工藝優(yōu)化、電極表征及電催化氧化污染物的能力等方面的研究工作，并以制藥廢水阿司匹林和氯霉素為目標(biāo)污染物。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　利用PbO2電極電催化氧化阿司匹林，考察電解質(zhì)濃度、電流密度和阿司匹林初始濃度等工藝參數(shù)對(duì)降解效果的影響。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果推斷出相對(duì)最佳工藝參數(shù)條件：阿司匹林初始濃度5

3、00mg/L，電解質(zhì)Na2SO4濃度0.1mol/L，電流密度50mA/cm2，電極間距4cm。在此條件下降解150min后，阿司匹林和COD的去除率分別為64.07％和53.53%。并利用IC和GC-MS方法檢測出電催化氧化過程產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，提出了阿司匹林在電催化氧化過程中可能的降解途徑。
　　采用在電沉積液中添加一定量Ni(NO3)2、Al(NO3)3和In(NO3)3的方法對(duì)PbO2電極進(jìn)行改性，當(dāng)電沉積液中Ni2+、Al

4、3+、In3+與Pb2+的摩爾比為1%時(shí)，制得的1%Ni-PbO2電極、1%Al-PbO2電極和1%In-PbO2電極對(duì)污染物的去除效果最好，具有最高的電催化活性。利用SEM和 XRD技術(shù)對(duì)改性電極的表面形貌和晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，發(fā)現(xiàn)一定量的Ni、Al、In摻雜使PbO2電極表面結(jié)構(gòu)致密無明顯裂縫，能夠有效地抑制電催化氧化過程中產(chǎn)生的活性基團(tuán)滲透到電極內(nèi)部而形成高阻型的TiO2，使PbO2活性層不易脫落，并且能減小PbO2晶體粒徑，使晶體

5、分布更加均勻。極化曲線表明經(jīng)適量的Ni、Al、In摻雜后，PbO2電極的析氧電位有所提高，有利于抑制析氧副反應(yīng)的發(fā)生。通過電催化氧化阿司匹林的實(shí)驗(yàn)可知，與未摻雜PbO2電極相比，Ni、Al、In摻雜PbO2電極對(duì)阿司匹林的去除速率較快，并具有更高的礦化程度和電流效率。在單種金屬元素?fù)诫s的基礎(chǔ)上，通過在電沉積液中同時(shí)添加一定量稀土元素La和Y的方法制得La,Y共摻雜PbO2電極。首先對(duì)La,Y共摻雜PbO2電極的制備工藝進(jìn)行優(yōu)化。然后，通

6、過與PbO2電極、La-PbO2電極和Y-PbO2電極比較發(fā)現(xiàn)，稀土元素La和Y共摻雜有利于晶體的發(fā)育及晶粒的細(xì)化，有利于電極表面比表面積的增大。此現(xiàn)象通過分析不同電極的循環(huán)伏安曲線及伏安電量得以進(jìn)一步證實(shí)。最后以阿司匹林為目標(biāo)污染物，考察不同電極的電催化活性，結(jié)果表明：La-Y-PbO2電極對(duì)污染物的去除速率最快，礦化程度最高，證實(shí)了電極優(yōu)異的電催化性能，并且改性后的電極電流效率提高，較大程度地降低能耗值。此外，La-Y-PbO2電極

7、表現(xiàn)出良好的重復(fù)利用性及安全性。因此，Ni-PbO2電極、Al-PbO2電極、In-PbO2電極和La-Y-PbO2電極的電催化活性和穩(wěn)定性均優(yōu)于未摻雜PbO2電極，具有一定的應(yīng)用前景及研究價(jià)值。
　　將制備的Al-PbO2電極應(yīng)用到難生物降解制藥廢水氯霉素的降解。首先，考察不同Al摻雜PbO2電極為陽電極的電催化體系對(duì)污染物去除效果的影響，再結(jié)合不同電極的析氧電位、羥基自由基產(chǎn)生量及其利用率等分析結(jié)果，可以斷定，當(dāng)電鍍液中Al3

8、+與Pb2+的摩爾比為1%時(shí)，Al-PbO2電極具有最高的電催化活性。然后，以Al-PbO2電極為陽極材料，考察不同工藝參數(shù)條件對(duì)氯霉素降解效果的影響，通過分析推斷出相對(duì)最佳工藝參數(shù)條件：電解質(zhì)Na2SO4濃度0.2mol/L，初始pH3，初始氯霉素濃度500mg/L，電流密度30mA/cm2。在此條件下降解150min后，氯霉素和TOC的去除率分別為87.2%和52.06%，電流效率高達(dá)57.08%。并且，Al-PbO2電極電催化氧化