锰氧化物复合材料的制备及在废水处理方面的应用

摘要

硫化物存在于工业废水和废气中，是一种具有毒性和腐蚀性的污染物。利用空气阴极燃料电池法可以将溶液中的硫化物氧化成单质硫(S0)，并且可以回收电能。本文采用溶剂热法制备锰氧化物/碳毡(MnOx/GF)复合材料，考察了乙醇/水(E/W)体积比和溶剂热温度对材料性能的影响。MnOx/GF作为空气阴极燃料电池的阳极，用于氧化溶液中的硫化物。通过硫化物去除率、硫回收率和电池的库伦效率对MnOx/GF复合材料的性能进行综合评估。结果表明，当E/W为0/10时，GF上负载的氧化锰为MnO2;当E/W大于3/7时，所得锰氧化物均为Mn3O4，且随着乙醇浓度的增加，其粒径和负载量均减小。在E/W为3/7、溶剂热温度为120℃时，制备的Mn3O4/GF在催化氧化硫化物的氧化方面具有很大的潜力。与GF相比，Mn3O4/GF复合阳极完全氧化硫化物的时间从120h缩短至60h。同时，硫回收效率和库仑效率分别达到78.4％和71.5％。
　　在上述材料的制备基础上，改进了MnOx/GF复合材料的制备方法，并得到了3种不同价态的MnOx/GF复合材料。实验结合阴极电芬顿和阳极氧化技术降解亚甲基蓝染料(MB)。通过MB的完全脱色时间和TOC去除率对MnOx/GF复合电极材料的性能进行综合评估。结果表明，三种复合材料都表现出了对MB降解的有效性。负载在碳毡上的锰氧化物的价态越高，复合材料对MB的降解效果越好，其活性大小顺序为MnO2/GF＞Mn3O4/GF＞MnO/GF。实验对降解效果最好的MnO2/GF进行了循环实验，MnO2/GF表现出了良好的循环稳定性。在MB的降解过程中，阳极MnOx/GF复合材料起主要作用。复合材料的高催化效率和廉价性使得MnOx/GF复合材料在电催化氧化应用中有较好的应用前景。

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 锰氧化物的结构

1．3 锰氧化物的制备方法

1．3．1 溶胶-凝胶法

1．3．2 溶剂热法

1．3．3 电沉积法

1．3．4 共沉淀法

1．4 锰氧化物在硫化物去除方面的应用

1．4．1 硫化物的危害

1．4．2 锰氧化物用于脱硫

1．5 锰氧化物在有机染料去除方面的应用

1．5．1 有机染料危害

1．5．2 锰氧化物用于去除有机染料

1．6 本课题研究目的及意义

1．6．1 本课题研究的主要内容

1．6．2 本课题研究的目的及意义

第二章 实验部分

2．1．2 实验试剂

2．2 燃料电池相关性能参数的计算

2．2．1 库仑效率

2．2．2 硫化物浓度的分析

2．2．3 单质硫的回收率

2．2．4 电化学分析

2．3 MB染料降解的相关参数计算

2．3．1 MB去除分析

2．3．2 MnOx／GF复合材料的电化学测试

2．3．3 扫描电化学显微镜(SECM)测试

2．4 电极材料的结构分析方法

2．4．4 锰氧化物／活化GF的X射线光电子能谱(XPS)测试

第三章 以锰氧化物／石墨毡复合材料为阳极的空气-阴极燃料电池氧化硫化物

3．1 概述

3．2 实验部分

3．2．1 MnOx／GF的制备

3．2．2 燃料电池中硫化物的氧化

3．3 结果与讨论

3．3．1 不同E／W比制备的MnOx／GF复合材料的结构表征

3．3．2 不同MnOx／GF复合阳极的空气-阴极燃料电池的硫回收和发电量

3．3．3 不同溶剂热温度制备的MnOx／GF复合材料的结构表征

3．3．4 不同溶剂热温度制备的MnOx／GF复合阳极的空气-阴极燃料电池的硫回收和发电量

3．3．5 S0沉积对Mn3O4／GF复合材料再循环性能的影响

3．3．6 论MnOx／GF复合材料的性能下降

3．4 结论

第四章 锰氧化物复合材料作双电极降解亚甲基蓝

4．1 概述

4．2 实验部分

4．2．1 MnOx／GF复合材料的制备及表征

4．2．2 MB降解的实验

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 复合材料的结构表征

4．3．2 复合材料在三种复合材料上的降解

4．3．3 双电极体系中MnOx／GF作为阴极或阳极对降解MB的研究

4．4 结论

第五章 结论与展望

5．2 展望

参考文献

研究生期间的研究成果