新型高效锡锑电极的制备及其在染料废水处理过程中的应用

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钛基锡锑电极(Ti/SnO2-Sb)是目前电催化氧化法处理染料废水中较为高效的阳极材料,但此类电极普遍存在导电性较低、电极稳定性差等缺陷,另外其析氧电位和电催化活性也有待提高。本文中使用阳极氧化法制备出具有大比表面积与良好导电性的铌掺杂的二氧化钛纳米管(Nb-TiO2-NTs)对电极基体进行微观结构改进,再通过脉冲电沉积法成功制备了Nb-TiO2-NTs修饰的锡锑电极(NbTi/Nb-TiO2-NTs/SnO2-Sb)。本文中首先对Nb-Ti/Nb-TiO2-NTs/SnO2-Sb电极性能进行表征测试。相比于由脉冲电沉积制备的Ti/SnO2-Sb和Ti/TiO2-NTs/SnO2-Sb,从SEM,XRD的结果分析可得出,新电极具备更大的比表面积和更细小的结晶颗粒。并且Nb-Ti/NbTiO2-NTs/SnO2-Sb电极具有更高的析氧电位,达到了2.29V(vs Ag/AgCl),还具有更低的电子传递阻力,分别仅为上述对照组两个电极的传递阻力的34.8%和20.8%。该电极的强化寿命分别为Ti/SnO2-Sb的4.9倍和Ti/TiO2-NTs/SnO2-Sb电极的1.9倍。对模拟废水进行电催化降解实验,其结果证明了新制备的电极具有良好的电催化降解能力。由于Nb-TiO2-NTs的引入,AR73的色度去除率和降解反应速率常数得到了明显的提升,并且和Ti/SnO2-Sb与Ti/TiO2-NTs/SnO2-Sb电极相比,能耗分别减少了37.1%和31.4%。将此电极用于电催化降解AR73模拟染料废水,探究电流密度、初始染料浓度、初始pH值、电解质类型对降解效果的影响。结果表明,此电极用于废水处理主要靠产生的·OH降解有机物,属于非活性电极。电流密度越大,降解效果越好,但能耗增加,本实验条件下适宜的电流密度的操作条件为50mA·cm-2。此催化电极用于废水处理时需要在合理的浓度范围内,超过1.5 g·L-1时,电极开始失活。所添加的适宜电解质种类为Na2SO4,且电催化氧化降解染料废水可以在一个宽泛的pH值环境下进行,pH值对降解效果影响不大。新型电极用于电催化与纳滤耦合过程处理染料废水,与纳滤和Ti/SnO2-Sb相比可有效减轻膜污染和浓差极化现象,明显提高渗透通量。因此Nb-Ti/Nb-TiO2-NTs/SnO2-Sb是十分有应用前景的水处理用阳极材料。
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