改性Ti/SnO2-Sb电极制备及其催化降解1,4-二氯苯的应用研究

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1,4-二氯苯(p-DCB)废水毒性大、危害大,属一种难生物降解的有机废水。研究表明电催化氧化法是其有效的处理方式之一,但电催化氧化电极劣化快、寿命短,影响了其工程应用。因此,探索制备电催化氧化性能优良、耐用寿命长、成本低的电极,是相关科技工作者的研究目标之一,亦是本文的主要研究内容。本实验采用柠檬酸螯合前驱体法,制备非贵金属改性Ti/SnO2-Sb电极,并对其各项电化学性能指标进行测试。同时利用改性电极催化氧化处理p-DCB废水,通过探讨各影响因素,结合p-DCB废水的处理效果,确定电催化氧化体系的最佳工作参数,并探讨该电极应用于工程实际的可行性。非贵金属掺杂改性后,电极表面形貌呈细小蜂窝状结构,该结构增加了活性点位数,提高了电极的电催化氧化活性,使电极寿命及其稳定性显著提高。实验证明非贵金属掺杂改性后,p-DCB的降解率有所提高,其中以Ti/SnO2-Sb-Cu电极的电催化活性最好,p-DCB的降解过程符合一级动力学方程。通过正交试验设计筛选出最优的电极制备参数为:掺杂Cu,掺杂比例为Sn:Sb:Cu=100:6:0.5,焙烧温度650℃。该电极析氧电位为1.93V(vs.SCE),工业使用寿命为22.8d;电催化氧化90min后,p-DCB去除率达到86.6%。p-DCB废水电催化氧化降解体系的最佳工作参数为:电解质Na2SO4浓度为0.1mol/L,溶液初始p H=8,电压20V,电极板间距2cm,阴极材料为钛。在正交试验确定的最佳工作条件下,p-DCB的去除率达到96.31%。通过UV-Vis、GC-MS等分析,降解反应过程中生成了一系列小分子的链状类化合物,p-DCB降解主要以间接氧化为主。在应用于实际废水处理时,发现改性Ti/SnO2-Sb-Cu电极对p-DCB处理效果良好,p-DCB去除率达到70.12%,且反应电能消耗低,表明利用自制改性Ti/SnO2-Sb-Cu电极电催化氧化降解p-DCB废水是可行性的。
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