改性SbSnO電極的制備及其電催化氧化偶氮染料機理研究

1、CNT-Sb-SnO2/Ti電極制備及其電催化氧化偶氮染料機理研究哈爾濱理工大學(xué)碩士研究生開題報告2研究背景和意義1國內(nèi)外研究進展2課題研究內(nèi)容3已完成的實驗4目錄課題研究計劃13一研究背景及意義染料廢水特點色度高濃度高B/C比值低含鹽分多達到目的降低COD值提高B/C比達標(biāo)排放電催化氧化電催化氧化通過直接降解和間接降解實現(xiàn)對有機污染物的轉(zhuǎn)化或降解4電極材料是電化學(xué)氧化處理的關(guān)鍵部分改性Sb-SnO2/Ti電極1936年H.Beer發(fā)明了形穩(wěn)陽極（DSA）即在金屬基材沉積幾微米金屬氧化物膜Sb-SnO2/Ti電極DSA電極Sb-SnO2/Ti電極析氧電位高，穩(wěn)定性好，電流效率高為了應(yīng)用，應(yīng)該對

2、Sb-SnO2/Ti電極改性，提高電催化活性，提高穩(wěn)定性電催化氧化陽極材料 生成固溶體中間層二國內(nèi)外研究進展1對金屬氧化物電極的改性方法 電極導(dǎo)電性增強固溶體中間層與基體和活性層之間結(jié)合力增強.圖1 TiHx轉(zhuǎn)換為Ti-Sb-Sn氧化物固溶體中間層的過程示意圖 摻雜稀土金屬元素改性后比改性前更光滑且致密，因此提高電催化性能和穩(wěn)定性圖 2 Sb-SnO2/Ti電極表面SEM圖圖3 Eu-Sb-SnO2/Ti電極表面SEM圖 摻雜C素改性電極CNT改性之后的電極表面緊密均勻，提高穩(wěn)定性。顆粒較小，增加了比表面積，提高電催化活性，圖4 PbO2/Ti電極表面SEM圖圖5 CNT-PbO2/Ti電極表

3、面SEM圖 固溶體中間層摻雜稀土金屬 優(yōu)點：中間層增加結(jié)合力與導(dǎo)電性 缺點：很少提高電催化活性 優(yōu)點：增加了導(dǎo)電性改變電極表面氧化物晶型結(jié)構(gòu)缺點：成本高， 優(yōu)點：電極表面致密均勻，晶型尺寸小 比表面積大，提高電催化活性與穩(wěn)定性摻雜C素 2電催化氧化降解有機物機理研究方法高效液相（HPLC）色譜分析高效液相（HPLC）檢測中間產(chǎn)物分析液相色譜圖推測降解機理優(yōu)點：方法簡單缺點：只對于簡單結(jié)構(gòu)有機物可以分析出具體的降解機理，對于復(fù)雜有機物不能具體分析出降解機理圖6 -PbO2電極電催化氧化苯酚降解機理示意圖 高效液相（HPLC）+液相-質(zhì)（LC-MS)譜分析HPLC/LC-MS檢測中間產(chǎn)物種類HPL

4、C+LC-MS色譜分析推測降解機理優(yōu)點：準(zhǔn)確分析出有機物降解途徑缺點：只是實驗推測，缺乏理論驗證圖7 l，4一二羥基葸醌降解機理示意圖 HPLC+LC-MS譜+AM1分子軌道計算分析HPLC/LC-MS檢測中間產(chǎn)物種類HPLC+LC-MS色譜分析推測降解機理優(yōu)點：嚴(yán)密準(zhǔn)確推測出有機物降解機理AM1分子軌道計算驗證降解機理圖8 醌藍降解機理示意圖三研究內(nèi)容電極制備及表征1優(yōu)化工藝條件2機理研究3工程應(yīng)用4 三研究內(nèi)容1制備CNT-Sb-SnO2/Ti電極制備及表征Ti板電極基體SnCl4溶液前驅(qū)物溶膠加氨水共沉淀加草酸絡(luò)合涂抹焙燒圖9 改性CNT-Sb-SnO2/Ti電極制備流程CNT-Sb-S

5、nO2/Ti電極碳納米管（CNT）羧化后的CNT混酸加熱回流制備CNT-Sb-SnO2/Ti電極的實驗路線 電極涂層的表征方法X-射線衍射（XRD分析）紫外可見漫反射（UV-VIS)掃描電子顯微鏡（SEM)透射電子顯微鏡（TEM)表征電極表面組成元素的價態(tài)表征電極氧化物涂層元素的組成表征電極物質(zhì)晶相組成及其晶型結(jié)構(gòu)表征電極材料微觀結(jié)構(gòu)，觀察顆粒形貌及分散情況X射線光子能譜XPS紫外可見漫反射（UV-VIS)掃描電子顯微鏡（SEM)透射電子顯微鏡（TEM)能量色散譜儀 EDSX射線衍射分析儀XRD掃描電子顯微鏡（SEM)15LSV分析析氧電位推測電催化活性CV氧化峰強度以及出峰位置EIS分析反應(yīng)

6、阻抗，推測電子傳輸速率循環(huán)伏安曲線交流阻抗譜極化曲線加速壽命曲線分析電極的壽命推測電極的穩(wěn)定性加速壽命實驗 電極的電化學(xué)性能測試2優(yōu)化工藝條件電解質(zhì)投加量反應(yīng)時間初始pH值電流密度吸光度（=520nm）CODTOC莧菜紅作為目標(biāo)污染物，結(jié)構(gòu)簡單具有代表性，溶于水，無毒單因素分析法3機理研究電解質(zhì)投加量反應(yīng)時間初始pH值電流密度吸光度（=520nm）CODTOC莧菜紅作為目標(biāo)污染物，結(jié)構(gòu)簡單具有代表性，溶于水，無毒單因素分析法優(yōu)化工藝條件莧菜紅廢水降解過程的UV-Vis吸收光譜分析電化學(xué)反應(yīng)階段莧菜紅及其中間產(chǎn)物的變化配制廢水降解反應(yīng)配制一定濃度的莧菜紅染料模擬廢水在最佳條件下進行電催化氧化降解

7、莧菜紅染料模擬廢水反應(yīng)分析譜圖分析UV-Vis吸收光譜特征吸收峰出峰位置與出峰強度UV-Vis掃描檢測范圍控制在200800nm測得不同反應(yīng)時間紫外-可見光譜3機理研究 液相/液相-質(zhì)（HPLC/LC-MS）譜圖分析 2. LC-MS 1. HPLC進一步分析CNT-Sb-SnO2/Ti電極上電催化氧化降解莧菜紅染料廢水降解途徑，對不同反應(yīng)時段的反應(yīng)液進行HPLC分析偶氮染料莧菜紅在降解過程中發(fā)生脫除基團和奈環(huán)斷裂的直接證據(jù)是LC-MS分析染料降解過程AM1分子軌道計算 3. AM1分子軌道計算采用量子化學(xué)計算方法并結(jié)合分子圖形學(xué)技術(shù)對其進行研究，通過分子軌道的計算，可以知道分子的空間構(gòu)型，電子云的密度分布，對推測電催化氧化的環(huán)加成位置及中間產(chǎn)物的穩(wěn)定性。4 工程應(yīng)用計算工程直接費用、設(shè)計費用、調(diào)試費用、管理費用和稅金估計投資成本對于實際染料廢水降解，優(yōu)化相應(yīng)的工藝條件計算電費、維修費、維護費、折舊費和其他費用估算運行成本。實際廢水降解投資成本估算運行成本估算投資成本估算+運行成本估算=總投資費用五課題研究計劃時間安排 研究計劃2013.102014.3