茜素绿染料的TiPbO2电极与TiIrO2+Ta2O5电极催化降解比较研究

背景介绍20世纪60年代开发的DSA（DimensionallyStableAnodes）电极，是一类主要由Ti为电极基体材料的金属氧化物涂层电极。目前，DSA电极表面较为常见的金属氧化物主要有：氧化铅、氧化铱、锡锑氧化物等。其中，二氧化铅（PbO2）电极具有较高的析氧电位、导电性、催化活性和稳定性而在电解工业领域中得到广泛应用。二氧化铱（IrO2）电极则主要被用于硫酸电解质溶液的电解工艺体系中，IrO2涂层中惰性组份的掺杂是进一步提高该类电极表层稳定性的有效方式，而Ta2O5作为一种化学稳定性很强的氧化物，将其添加到IrO2涂层中不仅增强了涂层与钛基体间的接触稳定性，且在含有机物电解体系中还可有效抑制阳极电位急剧升高的现象，起到延长电极使用寿命的作用。文章亮点1）当AG初始浓度100mg/L，电解质浓度0.1mol/L，电流密度30mA/cm2，pH5.86，处理70min后，Ti/PbO2电极和Ti/IrO2+Ta2O5电极催化氧化体系对AG和化学需氧量（COD）的处理效率分别可高于81.4%和51.6%。2）Ti/PbO2电极具有四棱锥形结构晶粒，稳定性较高；Ti/IrO2+Ta2O5电极表面由于存在干泥状裂痕结构，工作过程中易出现表面局部剥落现象，形成的TiO2钝化膜则会导致槽压升高和电极活性下降，影响体系的催化氧化效率。内容简介1

实验部分1.1

主要仪器与试剂1.2

分析方法1.2.1

水样的AG浓度、COD及pH测定按m（自掺杂氮多孔炭ZBTC-T）：m（炭黑）：m（聚四氟乙烯）=8.5：1：0.5称取总量约3mg药品，用无水乙醇混合均匀涂抹于1×1cm2泡沫镍上，并在80℃下真空干燥24h，15MPa下压片约1.5min。1.2.2

瞬时电流效率（ICE）的计算1.2.3

电极的SEM表征2

结果与讨论2.1

电极表面形貌分析图2为5k放大倍率下Ti/PbO2电极和Ti/IrO2+Ta2O5电极电催化氧化前、后的表面镀层扫描电镜（SEM）图。2.2

工艺参数考察2.2.1

初始浓度分别在以Ti/PbO2电极和Ti/IrO2+Ta2O5电极为阳极的电催化氧化体系中，当电流密度为30mA/cm2，电解质浓度（Na2SO4）为0.1mol/L时，经70min处理后，考察AG初始浓度（50、100、200和400mg/L）对体系去除率的影响，结果见图3，其中数值均为3次测定平均值，相对标准偏差RSD<4.3%。2.2.2

电流密度分别在Ti/PbO2电极和Ti/IrO2+Ta2O5电极的催化氧化体系中，分别选取电流密度10，30，50和70mA/cm2，AG初始浓度100mg/L，电解质浓度（Na2SO4）为0.1mol/L，处理70min，体系的AG和COD去除率见图4，其中数值均为3次测定平均值，相对标准偏差RSD<3.9%。2.2.3

电解质浓度以硫酸钠（Na2SO4）为电解质，分别向Ti/PbO2电极和Ti/IrO2+Ta2O5电极的催化氧化体系中加入不同浓度电解质0.05、0.1、0.2和0.4mol/L，在AG初始浓度为100mg/L，电流密度30mA/cm2条件下，处理70min，体系对AG和COD的去除率果见图6，其中数值均为3次测定平均值，相对标准偏差RSD<4.8%。2.2.4

体系pH值用0.1mol/L氢氧化钠及0.1mol/L硫酸对Ti/PbO2电极和Ti/IrO2+Ta2O5电极的催化氧化体系pH进行调节，将体系pH分别调节至（5.00±0.05）、（7.00±0.05）和（9.00±0.05），以不进行调节的样品设为对照样（pH5.86），在AG初始浓度100mg/L，浓度电解质0.1mol/L，电流密度30mA/cm2条件下，处理70min，体系对AG和COD的去除效果见图7，其中数值均为3次测定平均值，相对标准偏差RSD<5.2%。3

结论Ti/PbO2电极表面晶粒具有四棱锥形结构，工作910min后，电极表面形貌未出现较大变化，该类电极具有较高稳定性；Ti/IrO2+Ta2O5电极表面存在干泥状裂痕结构，工作910min后，电极表面局部剥落，伴随较大孔穴出现，形成TiO2钝化膜会导致槽压升高和电极活性下降；当AG初始浓度为100mg/L，浓度电解质为0.1mol/L，电流密度为30mA/cm2，并不对酸碱度进行人为调节的条件下（pH5.86），经电催