新型钛基体二氧化铅电极的制备及应用研究

论文摘要

随着电化学工业的不断发展，传统的阳极材料越来越表现出其局限性。二氧化铅电极因具有化学性质稳定、耐蚀性好、导电性好等特性，而广泛应用于各类工业生产。本文主要就制备性能优良的二氧化铅电极及其直接测定水体中COD和苯酚降解进行了探索与研究，为电化学工业电极的选用提供技术基础。因此，具有一定的学术和应用价值。在总结现有Ti/PbO2电极制备方法的基础上，提出在钛基体上热涂覆锡锑氧化物底层的新方法；然后在碱性条件下电沉积a-PbO2为中间层；最后在酸性条件下电沉积β-PbO2为表面层。采用XRD和SEM对制备的电极进行晶相分析和表面形貌分析。结果表明，表面层中主要是β-PbO2，且电极表面均匀平整，无裂纹等缺陷，晶粒排布紧密规则。对苯酚降解结果表明电极具有良好的电催化性能。线性扫描伏安曲线表明，电极具有较高的析氧电位，实现了电极的高催化活性和宽电位窗口，适应于各种还原性有机物的降解。探讨了Ti/PbO2电极直接测定水体中COD的方法。确定最佳测定条件为：工作电极电压为1．4V，Na2SO4电解液浓度为0．02mol/L，在一定的搅拌速度下，电解1．5min，测定其电流变化值；COD测定线性范围为20-200mg/L。每次测定后，对二氧化铅电极进行再生。再生液浓度为0．5mol/L，再生电压1．8V，再生时间为2min。实验采用增大电位气泡更新法使电极得到充分再生，保证了结果的准确性和重现性。该法用于实际水样与标准方法对照测定，结果表明，二者具有较好的一致性。通过实验确定了Ti/PbO2电极电催化氧化降解苯酚的最佳工艺条件为：电流密度30mA/cm2、Na2SO4电解质浓度0．1mol/L、pH3．0、降解时间为2．5h。在此条件下，苯酚去除率可达91．3％。苯酚降解过程中不同时间的紫外光谱表明，苯酚的降解是一个复杂的过程，反应过程经历了苯醌中间产物产生和进一步降解的步骤。通过对苯酚降解过程动力学方程的讨论可知，苯酚的电催化氧化降解符合表观一级反应动力学特征。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 阳极材料的发展及研究现状
• 1.2.1 电极材料的基本要求
• 1.2.2 阳极材料的研究现状
• 1.3 二氧化铅电极
• 1.3.1 二氧化铅电极的种类
• 1.3.2 钛基体二氧化铅电极研究进展
• 1.4 有机污染物在金属氧化物阳极上的氧化机理
• 1.4.1 直接电氧化
• 1.4.2 间接电氧化
• 1.5 有机物在金属氧化物阳极上的电催化氧化模型
• 2电极的应用现状'>1.6 PbO₂电极的应用现状
• 1.6.1 无机化学工业
• 1.6.2 有机化学工业
• 1.6.3 废水治理
• 1.6.4 铅酸蓄电池行业
• 1.7 研究内容
• 2电极的制备及其性能表证测试'>2 新型Ti/PbO₂电极的制备及其性能表证测试
• 2.1 实验仪器与试剂
• 2.1.1 实验仪器
• 2.2.2 实验试剂
• 2.2 电极材料的选择
• 2.2.1 基体的选择
• 2.2.2 底层的选择
• 2.2.3 表面层的选择
• 2.3 电极制备工艺
• 2.4 二氧化铅的电沉积原理
• 2.5 钛基二氧化铅阳极的制备
• 2.5.1 钛基体的预处理
• 2.5.2 底层的制备
• 2.5.3 中间层的制备
• 2.5.4 表面层的制备
• 2.6 电极性能的表征方法
• 2.6.1 涂层和镀层的外观检验
• 2.6.2 涂层电阻的测量
• 2.6.3 镀层的表面形貌及相组成分析
• 2.6.4 电极电化学性能测试
• 2.6.5 电极稳定性的测定
• 2.6.6 电极电催化性能的测定
• 2.7 钛基体二氧化铅电极工艺参数的确定
• 2.7.1 底层制备工艺参数的确定
• 2.7.2 中间层的制备
• 2.7.3 表面层的制备
• 2.8 电极结构与形貌表征测试
• 2.8.1 电极表面层晶相分析
• 2.8.2 电极表面层形貌分析
• 2.8.3 电化学性能测定
• 2.9 小论
• 2电极直接测定化学需氧量（COD）的研究'>3 新型Ti/PbO₂电极直接测定化学需氧量（COD）的研究
• 3.1 实验仪器与试剂
• 3.1.1 实验仪器
• 3.1.2 实验试剂
• 3.2 方法原理
• 3.3 实验条件
• 3.4 测量条件的选择
• 3.4.1 工作电压的选择
• 3.4.2 电解液浓度的选择
• 3.4.3 测定时间的选择
• 3.5 再生条件的选择
• 3.5.1 再生电压的选择
• 3.5.2 再生时间的选择
• 3.5.3 最佳COD测定范围的确定
• 3.5.4 工作曲线的绘制
• 3.6 与邻苯二甲酸氢钾及草酸样品溶液的对比试验
• 3.7 精密度实验
• 3.8 氯离子干扰及消除
• 3.9 实际水样的测定
• 3.10 小论
• 2电极电催化氧化降解苯酚的研究'>4 新型Ti/PbO₂电极电催化氧化降解苯酚的研究
• 4.1 实验仪器与试剂
• 4.1.1 实验仪器
• 4.1.2 实验试剂
• 4.2 分析方法
• 4.3 电催化氧化降解苯酚工艺的选择
• 4.3.1 电流密度的影响
• 4.3.2 初始pH的影响
• 4.3.3 电解质浓度的影响
• 4.3.4 降解时间的影响
• 4.3.5 苯酚初始浓度的影响
• 4.4 苯酚降解的动力学分析
• 4.4 小论
• 5 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 6 致谢
• 7 参考文献
• 附录