钛基sno2-sb电极制备及电催化氧化苯酚过程的研究

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1、钛基Sn02．Sb电极的制备及电催化氧化苯酚过程的研究摘要本文采用热分解法制备掺杂改性钛基Sn02．Sb电极，以制备的电极为阳极构建电催化反应体系，并对模拟苯酚废水的电催化氧化降解过程进行了研究。采用SEM、XRD、极化曲线、模拟苯酚废水的电化学氧化降解实验方法，研究了热分解温度(400℃、500℃、600℃、700℃)、掺杂元素(La、Ce、Gd、Zr、Sr)、掺杂量(原子摩尔比Sn：Sb：Zr--100：10：X，X=0．5、1、2、3．5、5)，制各条件对钛基Sn02．Sb电极的形貌、结构、析氧电

2、位、Tafel斜率、苯酚去除率的影响。研究结果表明，热分解温度为500℃，Zr掺杂比例为摩尔比Sn：Sb：Zr=100：10：2的条件下制备的钛基Sn02．Sb电极表面形貌更加致密、无龟裂现象、分布均匀，结晶充分，具有较高的析氧电位和苯酚的电催化性能。以优化的钛基Sn02．Sb电极为阳极，钛板为阴极，在无隔膜电解槽中，对恒流电催化氧化模拟苯酚废水的过程进行研究。系统地研究了溶液初始pH值、苯酚初始浓度、电解质浓度和电流密度对降解效果的影响。实验结果表明：初始pH值在5到7之间具有较好的苯酚去除效果，碱性

3、条件下最差；随着苯酚初始浓度逐渐增加，苯酚的去除率逐渐降低，但去除量却有大幅度的提高；电解质浓度在0．05．0．45mol／L的范围内，浓度越高，苯酚去除效果越好，但超过0．25mol／L提高的不是很明显；随着电流密度增大，苯酚的去除效果有很大提高，但是超过20mA／cmz时提高的不是很明显。利用响应面分析法对钛基Sn02．Sb电极电催化氧化模拟苯酚废水的三个影响因素和最优化降解条件进行了探讨。通过Design．Experrt7软件获得1个二次响应曲面模型。结果表明，最佳初始pH值、初始苯酚浓度和电流密

4、度，分别为5．85，28．4mA／cm2和50mg／L，此时苯酚的去除率达到最大(73．5l％)。方差分析表明，模型具有较高的回归率(R2=98．92％、AdjR2=97．54％)，与实验结果吻合程度较高。满意度函数法分析表明此最优化过程具有较高满意度(D=0．81143)。利用高效液相色谱(HPLC)研究了钛基Sn02．Sb电极和掺杂Zr的钛基Sn02．Sb电极的苯酚降解路径，结果表明，两种电极降解苯酚的路径基本相同，推测的苯酚降解路径为苯酚的邻、对位通过羟基自由基(·OH)的亲电反应生成邻苯二酚、对

5、苯二酚，然后开环形成顺丁烯二酸与丁二酸，再断键形成草酸，最终被彻底氧化成C02。通过对不同电解时间溶液的TOC分析，发现掺杂Zr的钛基Sn02．Sb电极的矿化程度和矿化电流效率均高于未掺杂的钛基Sn02．Sb电极。采用XPS考察了不同电极表面元素组成及化学态，并结合苯酚降解实验及哈尔滨工程大学硕士学位论文XRD、TOC等测试结果，探讨了钛基Sn02．Sb电极的电催化降解有机污染物的机理并分析电极结构与电催化活性之间的关系。结果表明，Zr的掺杂有利于减少Sn02晶格中的氧空位，降低Sn原子周围电荷密度，提

6、高电极表面的吸附氧含量，这些都有利于电极表面存在更多的羟基自由基，发生更多的“电化学燃烧”反应，提高电极的电催化性能。通过阳极氧化法制备Ti02作为钛基Sn02．Sb电极中间层，探索其对电极性能的影响，结果表明Ti02中间层的加入，可以使钛基Sn02电极电极表面形貌更加致密、具有更高的析氧电位、提高电极的使用寿命和电催化苯酚的活性。本论文对于电极的电催化氧化有机污染物的机理研究以及对有机物降解具有高催化活性电极的制备都有指导意义。关键词：电催化；苯酚；二氧化锡；掺杂；Ti02中间层钛基Sn02．Sb电极

7、的制备及电催化氧化苯酚过程的研究ABSTRACTModifiedTi··BasedSn02·-Sbelectrodeswaspreparedbythermaldecompositionmethods，andelectrochemicaldegradationofphenolwasinvestigatedinthispaper．Theeffectsofpreparationcondition，suchasthermaloxidationtemperature(400"C，500。C，600*C，700。C

8、)，dopedelement(La，Ce，Gd，Zr，Sr)anddopedcontents(molarratiowasSn：Sb：Zr=100：10：X，X=0．5，1，2，3．5，5)，onthemicrostructure，thecrystalstructure，theoxygen-evolutionpotential，theTafelSlopeandthephenolremovalrateofTi··BasedSn02·-Sbele