改性锡锑氧化物电极的制备及其在处理高盐氨氮废水中的应用研究

摘要

随着我国经济及社会的发展，氨氮废水的排放导致的水资源富营养化问题越来越严重。由于高盐废水对于微生物具有抑制生长及毒化作用，使得去除高盐废水中氨氮成为一个难题。电化学氧化降解因其无二次污染，电解设备操作简单，可控性强，反应条件温和等特点吸引着人们的广泛关注。电解的关键在电极，电极的性能决定着对氨氮污染物的去除效果。Ti/SnO2Sb2O5电极因其具有高析氧电位、优异的电催化活性及低廉的价格成为电催化氧化领域研究的焦点。
　　本文采用涂刷-热分解的方法制备Ti/SnO2Sb2O5电极，通过涂刷液溶剂的改进及电极活性层的掺杂改性，以提高Ti/SnO2Sb2O5电极的电催化活性及稳定性。应用SEM及EDS手段进行电极形貌及元素组成分析表征;利用极化曲线、循环伏安曲线、荧光光谱、强化寿命等手段对电极的电化学性能进行测试;通过恒电流电解考察氯离子浓度、电流密度、溶液初始pH值对高盐废水中氨氮的电化学氧化去除效果的影响，得到如下结果:
　　(1)、采用正丁醇作为溶剂制备的Ti/SnO2Sb2O5表面具有明显的“龟裂”形貌;在60℃下，以柠檬酸∶乙二醇=3∶7反应制备的聚合物（柠檬酸乙二醇酯）为络合溶剂体系的络合剂，制备的Ti/SnO2Sb2O5电极表面形貌致密，且分散着大量细小的不规则颗粒;电极表面的分散度提高、粗糙度增大。采用聚合物为络合溶剂体系制备的电极具有更高的析氧及析氯活性，且电极析氧析氯电位差更大，电极的强化寿命更是较正丁醇为溶剂的电极提高一个数量级。
　　(2)、Cu掺杂改性的Ti/SnO2Sb2O5电极表面裂纹进一步减少，电极的稳定性进一步大幅度提高，电极强化寿命提高2倍。掺杂Cu后电极的析氧电位提高，电极的羟基自由基产生能力增强，同时析氯催化活性也更高。在硫酸钠溶液中，Ti/SnO2Sb2O5CuO电极对NH4+形式的氨氮（以下以NH4+-N表示）无电化学响应，而对尿素形式的氨氮(以下以CO(NH2)2-N）有电化学响应;在氯化钠溶液中，Ti/SnO2Sb2O5CuO电极对NH4+-N及CO(NH2)2-N均有更强的电化学响应。
　　(3)、溶液中NH4+-N主要依靠电解产生的有效氯得以降解;当氯离子浓度小于10 g.L-1时，降解效果随氯离子浓度增加呈线性关系;当氯离子浓度大于10g.L-1时，降解效果随[Cl-]增加而无明显变化。NH4+-N的去除速率随电流密度的增加呈正比关系，但电流密度对电解电流效率无影响。随溶液初始pH值的增大，NH4+-N的去除效果提高，在溶液为酸性中，表现的更加明显。
　　(4)、CO(NH2)2-N的去除是直接电化学氧化与间接电化学氧化共同作用的结果。Ti/SnO2Sb2O5CuO电极对CO(NH2)2-N去除过程中直接电化学氧化可去除31％，引入Cl-则可完全去除CO(NH2)2-N。在氯离子浓度低于5 g.L-1时，CO(NH2)2-N的去除效果随氯离子浓度的增加而提高;在氯离子浓度高于5 g.L-1时，随氯离子浓度的增加，氨氮的去除速率增加的趋势变缓。CO(NH2)2-N的去除速率随电流密度的增加呈线性加快，但电解的电流效率无明显变化。CO(NH2)2-N的去除效果随溶液初始pH值增加而增加;但在酸性溶液中，pH值对CO(NH2)2-N去除效果的影响较对NH4+-N去除效果的影响小。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 氨氮废水的研究现状

1．2．1 氨氨废水污染现状及危害

1．2．2 氨氮污染物的主要治理手段

1．3 电化学技术研究进展

1．3．1 电催化氧化机理研究进展

1．3．2 电化学法去除各种污染物发展现状

1．3．3 电化学降解氨氮废水研究进展

1．3．4 催化氧化电极研究进展

1．4 锡锑氧化物电极

1．4．1 DSA电极的制备方法

1．4．2 Sn02电极的制备

1．4．3 钛基锡锑氧化物电极存在问题及研究进展

1．5 研究目的及内容

1．5．1 研究目的

1．5．2 研究内容

第二章 络合溶剂体系涂覆液对Ti／Sn02Sb205电极的改进

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验药品

2．2．2 实验仪器及设备

2．2．3 电极制备

2．2．4 电极表征与性能测定

2．3 结果与讨论

2．3．1 不同溶剂制备的电极的表面形貌

2．3．2 不同溶剂制备电极的析氧电位分析

2．3．3 不同溶剂制备电极的析氯电位分析

2．3．4 不同溶剂制备电极的粗糙度分析

2．3．5 不同溶剂制备电极的强化使用寿命

2．3．6 自由基产生能力分析

2．3．7 典型氨氮污染物在Ti／Sn02Sb205电极上的循环伏安行为

2．3．8 Ti／Sn02Sb205电极对模拟氨氮废水的直接电化学降解

2．4 本章小结

第三章 Cu掺杂改性Ti／Sn02Sb205电极制备、表征及性能测试

3．1 引言

3．2 实验部分

3．3 结果与讨论

3．3．1 电极形貌表征

3．3．2 电极涂层元素的EDS分析

3．3．3 电极的晶体结构分析(XRD)

3．3．4 掺Cu对电极析氧电位的影响

3．3．5 掺Cu对电极析氯电位的影响

3．3．6 电极粗糙度分析

3．3．7 掺Cu对电极强化寿命的影响

3．3．8 自由基产生能力分析

3．3．9 典型污染物在Ti／Sn02Sb205CuO电极上的循环伏安行为

3．4 本章小结

第四章 Ti／Sn02Sb205CuO电极对高盐废水中NH4+-N电化学降懈工艺条件的研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．3 结果与讨论

4．3．1 氯离子浓度对NH4+-N降解的影响

4．3．2 电流密度对NH4+-N降解的影响

4．3．3 溶液初始pH值对NH4+-N降解的影响

4．4 本章小结

第五章：Ti／SnO2Sb205CuO电极对高盐废水中C0(NH2)2-N电化学降解工艺条件的研究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．3 结果与讨论

5．3．1 氯离子浓度对尿素降解的影响

5．3．2 电流密度对尿素降解效果的影响

5．3．3 溶液初始pH值对尿素降解的影响

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要研究成果