改性SbSnO电极的制备及其电催化氧化偶氮染料机理研究

1、CNT-Sb-SnO2/Ti电极制备及其电催化氧化偶氮染料机理研究哈尔滨理工大学硕士研究生开题报告2研究背景和意义1国内外研究进展2课题研究内容3已完成的实验4目录课题研究计划13一研究背景及意义染料废水特点色度高浓度高B/C比值低含盐分多达到目的降低COD值提高B/C比达标排放电催化氧化电催化氧化通过直接降解和间接降解实现对有机污染物的转化或降解4电极材料是电化学氧化处理的关键部分改性Sb-SnO2/Ti电极1936年H.Beer发明了形稳阳极（DSA）即在金属基材沉积几微米金属氧化物膜Sb-SnO2/Ti电极DSA电极Sb-SnO2/Ti电极析氧电位高，稳定性好，电流效率高为了应用，应该对

2、Sb-SnO2/Ti电极改性，提高电催化活性，提高稳定性电催化氧化阳极材料 生成固溶体中间层二国内外研究进展1对金属氧化物电极的改性方法 电极导电性增强固溶体中间层与基体和活性层之间结合力增强.图1 TiHx转换为Ti-Sb-Sn氧化物固溶体中间层的过程示意图 掺杂稀土金属元素改性后比改性前更光滑且致密，因此提高电催化性能和稳定性图 2 Sb-SnO2/Ti电极表面SEM图图3 Eu-Sb-SnO2/Ti电极表面SEM图 掺杂C素改性电极CNT改性之后的电极表面紧密均匀，提高稳定性。颗粒较小，增加了比表面积，提高电催化活性，图4 PbO2/Ti电极表面SEM图图5 CNT-PbO2/Ti电极表

3、面SEM图 固溶体中间层掺杂稀土金属 优点：中间层增加结合力与导电性 缺点：很少提高电催化活性 优点：增加了导电性改变电极表面氧化物晶型结构缺点：成本高， 优点：电极表面致密均匀，晶型尺寸小 比表面积大，提高电催化活性与稳定性掺杂C素 2电催化氧化降解有机物机理研究方法高效液相（HPLC）色谱分析高效液相（HPLC）检测中间产物分析液相色谱图推测降解机理优点：方法简单缺点：只对于简单结构有机物可以分析出具体的降解机理，对于复杂有机物不能具体分析出降解机理图6 -PbO2电极电催化氧化苯酚降解机理示意图 高效液相（HPLC）+液相-质（LC-MS)谱分析HPLC/LC-MS检测中间产物种类HPL

4、C+LC-MS色谱分析推测降解机理优点：准确分析出有机物降解途径缺点：只是实验推测，缺乏理论验证图7 l，4一二羟基葸醌降解机理示意图 HPLC+LC-MS谱+AM1分子轨道计算分析HPLC/LC-MS检测中间产物种类HPLC+LC-MS色谱分析推测降解机理优点：严密准确推测出有机物降解机理AM1分子轨道计算验证降解机理图8 醌蓝降解机理示意图三研究内容电极制备及表征1优化工艺条件2机理研究3工程应用4 三研究内容1制备CNT-Sb-SnO2/Ti电极制备及表征Ti板电极基体SnCl4溶液前驱物溶胶加氨水共沉淀加草酸络合涂抹焙烧图9 改性CNT-Sb-SnO2/Ti电极制备流程CNT-Sb-S

5、nO2/Ti电极碳纳米管（CNT）羧化后的CNT混酸加热回流制备CNT-Sb-SnO2/Ti电极的实验路线 电极涂层的表征方法X-射线衍射（XRD分析）紫外可见漫反射（UV-VIS)扫描电子显微镜（SEM)透射电子显微镜（TEM)表征电极表面组成元素的价态表征电极氧化物涂层元素的组成表征电极物质晶相组成及其晶型结构表征电极材料微观结构，观察颗粒形貌及分散情况X射线光子能谱XPS紫外可见漫反射（UV-VIS)扫描电子显微镜（SEM)透射电子显微镜（TEM)能量色散谱仪 EDSX射线衍射分析仪XRD扫描电子显微镜（SEM)15LSV分析析氧电位推测电催化活性CV氧化峰强度以及出峰位置EIS分析反应

6、阻抗，推测电子传输速率循环伏安曲线交流阻抗谱极化曲线加速寿命曲线分析电极的寿命推测电极的稳定性加速寿命实验 电极的电化学性能测试2优化工艺条件电解质投加量反应时间初始pH值电流密度吸光度（=520nm）CODTOC苋菜红作为目标污染物，结构简单具有代表性，溶于水，无毒单因素分析法3机理研究电解质投加量反应时间初始pH值电流密度吸光度（=520nm）CODTOC苋菜红作为目标污染物，结构简单具有代表性，溶于水，无毒单因素分析法优化工艺条件苋菜红废水降解过程的UV-Vis吸收光谱分析电化学反应阶段苋菜红及其中间产物的变化配制废水降解反应配制一定浓度的苋菜红染料模拟废水在最佳条件下进行电催化氧化降解

7、苋菜红染料模拟废水反应分析谱图分析UV-Vis吸收光谱特征吸收峰出峰位置与出峰强度UV-Vis扫描检测范围控制在200800nm测得不同反应时间紫外-可见光谱3机理研究 液相/液相-质（HPLC/LC-MS）谱图分析 2. LC-MS 1. HPLC进一步分析CNT-Sb-SnO2/Ti电极上电催化氧化降解苋菜红染料废水降解途径，对不同反应时段的反应液进行HPLC分析偶氮染料苋菜红在降解过程中发生脱除基团和奈环断裂的直接证据是LC-MS分析染料降解过程AM1分子轨道计算 3. AM1分子轨道计算采用量子化学计算方法并结合分子图形学技术对其进行研究，通过分子轨道的计算，可以知道分子的空间构型，电子云的密度分布，对推测电催化氧化的环加成位置及中间产物的稳定性。4 工程应用计算工程直接费用、设计费用、调试费用、管理费用和税金估计投资成本对于实际染料废水降解，优化相应的工艺条件计算电费、维修费、维护费、折旧费和其他费用估算运行成本。实际废水降解投资成本估算运行成本估算投资成本估算+运行成本估算=总投资费用五课题研究计划时间安排 研究计划2013.102014.3