论文部分内容阅读
Pb02电极因其具有电催化活性高、化学稳定性好、价格低廉、析氧电位高等优点,被视为在电催化氧化处理有机废水领域中极具应用前景的电极材料。本文以Pb02电极的制备、改性及其在有机废水电催化氧化降解的应用为主要内容。主要研究工作及结果如下:本文在金属钛基体上通过热分解法制得SnO2-Sb2O3底层,并利用电沉积法在其表面添加活性层制得Ti/SnO2-Sb2O3/PbO2电极,选用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、能量弥散X射线谱(EDS)以及强化寿命测试等方法对其表面微观形貌、物相结构、元素组成以及使用寿命进行了分析表征。实验结果显示,相比于未添加底层的钛基Pb02电极,添加了由热分解法制备的SnO2-Sb2O3底层后,电极的使用寿命得到明显提高。由此可见,其致密的氧化物膜不仅减缓了新生氧向基体的扩散,而且也有效的阻止了钛基体上生成Ti02钝化膜,使Pb02不易脱落,从而提高了电极的使用寿命。以Ti为基体,通过加入表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和稀土元素Ce,电沉积制备改性Pb02电极,并采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、能量弥散X射线谱(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)等方法对改性后Pb02电极的微观形貌、晶型结构、元素组成及价态等进行分析表征。通过循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)考察了掺杂后电极的电化学性能。SEM结果显示,Ti/SnO2-Sb2O3/PVP-Ce-PbO2电极的表面颗粒更加精细,表面积进一步增大,使电极的微观结构及催化效果得到改善。电化学性能测试结果显示,表面活性剂PVP和稀土元素Ce的掺杂显著提高了电极的析氧过电位并且降低了电荷转移电阻。将所制备的电极应用于模拟染料废水甲基橙的降解。结果发现,与未掺杂的和单独掺杂的电极相比,Ti/SnO2-Sb2O3/PVP-Ce-PbO2电极对甲基橙及COD有较好的去除效果。Ti/SnO2-Sb2O3/PVP-Ce-PbO2电极在实验参数为:电流密度为50 mA·cm-2、 pH为5、电解质浓度为0.05 mol-L-1时,甲基橙的去除效果最佳。降解120min后,对100 mg-L-1甲基橙的去除率可达到98.4%,对COD去除率为91.8%。在电沉积制备二氧化铅层时,通过加入某种离子或颗粒可以提高电极的电催化性能及其稳定性。本文通过向电沉积液添加少量纳米Ti02颗粒和稀土元素Ce对Pb02电极进行共掺杂改性。通过扫描电镜(SEM)、能量弥散X射线谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、 X射线光电子能谱(XPS)、循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)及强化寿命测试等手段对改性后Pb02电极的微观形貌、晶型结构、元素组成及价态、电化学性能以及使用寿命进行分析表征。结果表明:掺杂改性的电极性能都有不同程度的提高,其中共掺杂的改性效果比单掺杂要好。SEM和XRD测试结果显示,改性电极的表面微观形貌都不同程度的发生了变化,但其晶型并未改变,仍以β-PbO2为主;EDS测试显示,Ti02和Ce均已进入到Pb02镀层;电催化氧化降解模拟染料废水甲基橙实验表明:改性后电极(Ti/Sn02-Sb203/Pb02-TiO2、Ti /SnO2-Sb2O3/PbO2-TiO2-Ce)的电催化活性都有不同程度的提高,其中Ti02和Ce共同掺杂改性电极催化活性提高最为明显;电化学实验表明:改性后电极表现出更小的电荷转移电阻和更高的析氧电位:强化寿命测试实验表明:改性后电极拥有更长的寿命和更强的耐腐蚀性。