掺杂钛基二氧化铅电极的制备及催化性能的研究_刘丽丽

1、第33卷第3期应用科技V o.l 33,.32006年3月A pp lied Science and T echno l ogyM a r .2006文章编号:1009-671X (200603-0053-03掺杂钛基二氧化铅电极的制备及催化性能的研究刘丽丽,温青,李旭辉,季跃飞(哈尔滨工程大学化工学院,黑龙江哈尔滨150001摘要:研究了用电沉积法制备掺杂钛基二氧化铅系列电极的制备工艺,制备出掺杂铁、钴、镍的3种钛基PbO 2电极,并通过对苯酚的降解实验研究了电极的电催化性能.表明3种掺杂改性钛基P b O 2电极具有较好的电催化性能,特别是明显地降低了槽电压,且降解过程符合一级反应动力学关

2、系,确定该物质的降解过程符合准一级反应,并得到了反应速率常数.关键词:电催化;电沉积;羟基自由基中图分类号:TQ 151.6文献标识码:APre parati on and evaluati on on t he electro -catal yticcharacteristi cs of lead dioxi de electrodeLI U Li -li ,WEN Q ing ,LI Xu -hui ,JI Yue -fe i(Schoo l of Chem ical Enginee ri ng ,H arb i n Enginee ri ng U nive rsit y ,Ha rbin

3、 150001,Ch i na Abst ract :In t h is paper ,doped lead dioxide e lec trode on T i substr a t e sw as produced by electr odeposition.E lectr o -cataly tic characte ristics of t h e three typical electr odes we r e investigated thr ough its deg rada tion experi m en ts of phe -nolic w aste w ate r in

4、order to ge t the best preparation techno logy of the e lectr o -ca tal y tic anode .Taking phenol as m ode l substrate ,the e l e c tro -cata l y tic characte ristics o f prepared anodes we r e investigated .M eanw hile ,the r eaction dyna m ics of phenolw as studied and the pseudo -first o r der r

5、ate w as calcu lated .K eywords :electr o -ca talysis ;electr o -depo sition ;hydroxy l radical co m pound 收稿日期:2005-09-07.作者简介:刘丽丽(1979-女,硕士研究生,主要研究方向:电催化氧化降解有机物,E -m ail :l ou lili 4271214t o m.co m.电催化氧化处理技术是高级氧化技术(AOP 的1种,它通过阳极反应直接降解有机物,或通过阳极反应产生羟基自由基、臭氧一类的氧化剂降解有机物1.该法使有机物分解更彻底,不易产生有毒的中间产物,更符合环境

6、保护的要求,尤其可以使非生化降解的有机物转化为可生化降解的有机物(如芳香物开环氧化为脂肪酸,或使有毒有害的有机物转化为低毒无害的物质,提高了可生化性,在难生化降解有机物的预处理方面有着良好的应用前景2.另外还具有操作简单、反应条件温和、便于实现自动化、无二次污染等其他处理方法难以比拟的优越性,近年来在水处理界备受关注.而寻找和研制开发出高催化活性、导电性好、耐腐蚀、寿命长的阳极材料,降低处理成本是电催化氧化技术的关键,也一直是国内外研究的热点和重点.主要介绍了掺杂钛基二氧化铅系列新型电极的制备工艺及其电催化氧化降解有机污染物的性能,为研制和筛选出适用于有机废水处理的高效催化电极材料提供了一定的

7、依据.1实验1.1掺杂钛基PbO 2电极的制备钛基PbO 2电极在水溶液中电解时具有析氧电位高、氧化能力强、耐蚀性好等特征,因而目前已成功地应用于许多无机和有机化合物电解生产、环境污染控制方面.有研究报告钛基PbO 2电极的活性和稳定性可以通过往电沉积溶液中加入一些外来离子得到改善,进一步提高了其性能,实验中制备了过渡金属(铁系元素掺杂改性钛基二氧化铅电极3.电极基体的预处理:3mm 厚钛板分别用100目和600目砂纸打磨抛光,将打磨过的钛板置于40%N a OH 中碱洗30m in ,然后于95以上在20%H 2SO 4溶液中,酸蚀2h ,使基体表面呈银灰色的均匀麻面,增强其与PbO 2镀层

8、之间的结合力.掺杂钛基PbO 2电极的制备:实验采用如下镀液配方进行电沉积,分别制备出掺杂铁、钴、镍的钛基PbO 2电极.镀液配方:Pb (NO 320.1m ol /L ,HNO 30.1m o l /L ,Fe (NO 33、Co (NO 32 6H 2O 、Ni (NO 32 6H 2O 0.01mo l /L ,Na F 少量.1.2掺杂电极催化氧化降解苯酚的研究配制含有100mg /L 苯酚和0.05m o l /L N a 2SO 4模拟废水,以3种铁系元素掺杂钛基PbO 2电极为阳极,铜板为阴极,电极面积12c m 2,电极间距1c m ,电流密度10mA /c m 2,处理10

9、0m L 模拟废水,研究苯酚的降解效率和电极的稳定性及导电性.苯酚的去除率:=C 0-CC 0×100%式中:C 为苯酚在降解t 时刻的浓度,m g /L ;C 0为苯酚的初始浓度,m g /L .电极的稳定性及导电性由槽电压的大小和槽电压随时间的变化来衡量.2结果与讨论2.1掺杂钛基PbO 2电极电催化性能分析苯酚的电催化降解实验结果如表1所示.表1不同降解时间的苯酚浓度m g L -1电极t /m in306090120150180210240Fe -Pb O 2/T i Co -Pb O 2/T i N i -PbO 2/T i0.8000.8000.8000.5630.530

10、0.4940.3930.3460.3370.2760.2140.1910.1580.1400.1230.0890.0890.0660.0650.0500.0440.0350.0340.0400.0130.0250.020图1是3种掺杂钛基PbO 2电极降解苯酚的去除率随时间变化曲线,由图可见随时间延长,苯酚的去除率逐渐增大,且3种掺杂改性电极对苯酚皆显示出良好的催化降解性能,降解2h 苯酚去除率即可达80%以上 .图1苯酚去除率随时间变化曲线由实验数据分析可得,-l nCC o与时间t 符合良好的线性关系(如图2所示,因此苯酚的降解符合一级反应动力学,即-ln CC o=k t .3种电极的速

11、率常数和线性关系列如表2所示 .图23种掺杂改性电极的动力学曲线54 应用科技第33卷表23种掺杂改性电极的动力学参数钛基Fe -PbO 2钛基Co -Pb O 2钛基N i -PbO 2速率常数K /s -10.01370.01490.0157线性关系R20.98740.99720.99572.2掺杂钛基PbO 2电极的稳定性及导电性图3是3种掺杂改性钛基PbO 2电极在降解苯酚过程中槽电压随时间变化曲线.由图可见,3种新型电极的稳定性能较好,曲线平直;且3种掺杂电极的槽电压均低于不掺杂的钛基PbO 2电极(6.0V .由此可见,掺杂钛基PbO 2电极的导电性较不掺杂的有所提高,实际应用中可

12、节约能耗 .图33种电极降解苯酚槽电压随时间变化曲线3结论13种掺杂改性钛基PbO 2电极具有较好的电催化性能,特别是明显地降低了槽电压,可以大大节省能耗,降低处理成本,有着重要的实际应用价值;23种掺杂改性钛基PbO 2电极对苯酚有较好的降解能力,且降解过程符合一级反应动力学关系.参考文献:1王翠,史佩红.电化学氧化法在废水中的应用J .河北工业科技,2004,21(1:49-52.2周明华.新型二氧化铅阳极电催化降解有机污染物特性研究J .物理化学学报,2004,20(8:871-876.3VELICHENKO A B ,AM ADELL I R.E lectrosynt hesis an

13、dphy sicochem ica l properti e s of F e -doped l ead diox i de electro -cata l y sts J .E l ec trochi m ica A c ta ,2000,45,4341-4350.责任编辑:姜海丽(上接第52页参考文献:1李丽,王道.氮氧化物选择催化还原的研究进展J .工业催化,2003(6:1-4.2XU L ,M CCABE R W ,HAMM ERLE R H.NO x se lf -i nh i -bition in se l ec tive cata l y tic reduction w it

14、h urea (a mmonia ove r a Cu -zeo lite ca tal y st in diese l exhaust J .Applied C a -ta l ysis ,2002,39(1:51-63.3SEKER E ,G ILAR I E ,HAMM ER LE R H ,et a.l NO reduc -tion by urea under lean conditions over a l u m ina suppo rt ed ca talysts J .A ppli ed Ca talysis ,2000,25(2-3:125-135.4FANG H L ,DA

15、 COSTA H F M.U rea t her m olysis and NO xreduc tion w ith and w ithout SCR ca talysts J .A ppli ed Ca t a l -ysis ,2003,16(1:17-34.5KOEBEL M ,ELSENER M ,K LEE M ANN M.U rea -SCR :aprom isi ng technique to reduce NO x e m issi ons from auto m o -tive d i e sel eng ines J .C ata l y sis T oday ,2000,59(3-4:335-345.6SE K ER E ,YA SYERL I N ,GULA R I E ,e t a.l NO x r