改性SbSnO電極的制備及其電催化氧化偶氮染料機(jī)理研究

1、CNT-Sb-SnO2/Ti電極(dinj)制備及其電催化氧化偶氮染料機(jī)理研究哈爾濱理工大學(xué)碩士研究生開題(ki t)報(bào)告共二十四頁2研究(ynji)背景和意義1國內(nèi)外研究進(jìn)展2課題研究(ynji)內(nèi)容3已完成的實(shí)驗(yàn)4目錄課題研究計(jì)劃1共二十四頁3一研究背景(bijng)及意義染料廢水特點(diǎn)色度高濃度(nngd)高B/C比值低含鹽分多達(dá)到目的降低COD值提高B/C比達(dá)標(biāo)排放電催化氧化電催化氧化通過直接降解和間接降解實(shí)現(xiàn)對有機(jī)污染物的轉(zhuǎn)化或降解共二十四頁4電極材料是電化學(xué)氧化處理的關(guān)鍵(gunjin)部分改性Sb-SnO2/Ti電極(dinj)1936年H.Beer發(fā)明了形穩(wěn)陽極（DSA）即在金屬

2、基材沉積幾微米金屬氧化物膜Sb-SnO2/Ti電極DSA電極Sb-SnO2/Ti電極析氧電位高，穩(wěn)定性好，電流效率高為了應(yīng)用，應(yīng)該對Sb-SnO2/Ti電極改性，提高電催化活性，提高穩(wěn)定性電催化氧化陽極材料共二十四頁 生成(shn chn)固溶體中間層二國內(nèi)外研究進(jìn)展1對金屬(jnsh)氧化物電極的改性方法 電極導(dǎo)電性增強(qiáng)固溶體中間層與基體和活性層之間結(jié)合力增強(qiáng).圖1 TiHx轉(zhuǎn)換為Ti-Sb-Sn氧化物固溶體中間層的過程示意圖共二十四頁 摻雜(chn z)稀土金屬元素改性后比改性前更光滑且致密(zhm)，因此提高電催化性能和穩(wěn)定性圖 2 Sb-SnO2/Ti電極表面SEM圖圖3 Eu-Sb-

3、SnO2/Ti電極表面SEM圖共二十四頁 摻雜(chn z)C素改性電極CNT改性之后的電極表面緊密均勻，提高(t go)穩(wěn)定性。顆粒較小，增加了比表面積，提高電催化活性，圖4 PbO2/Ti電極表面SEM圖圖5 CNT-PbO2/Ti電極表面SEM圖共二十四頁 固溶體中間層摻雜(chn z)稀土金屬 優(yōu)點(diǎn)(yudin)：中間層增加結(jié)合力與導(dǎo)電性 缺點(diǎn)：很少提高電催化活性 優(yōu)點(diǎn)：增加了導(dǎo)電性改變電極表面氧化物晶型結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)：成本高， 優(yōu)點(diǎn)：電極表面致密均勻，晶型尺寸小 比表面積大，提高電催化活性與穩(wěn)定性摻雜C素共二十四頁 2電催化氧化降解有機(jī)物機(jī)理研究(ynji)方法高效(o xio)液相（HP

4、LC）色譜分析高效液相（HPLC）檢測中間產(chǎn)物分析液相色譜圖推測降解機(jī)理優(yōu)點(diǎn)：方法簡單缺點(diǎn)：只對于簡單結(jié)構(gòu)有機(jī)物可以分析出具體的降解機(jī)理，對于復(fù)雜有機(jī)物不能具體分析出降解機(jī)理圖6 -PbO2電極電催化氧化苯酚降解機(jī)理示意圖共二十四頁 高效(o xio)液相（HPLC）+液相-質(zhì)（LC-MS)譜分析HPLC/LC-MS檢測中間產(chǎn)物(chnw)種類HPLC+LC-MS色譜分析推測降解機(jī)理優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確分析出有機(jī)物降解途徑缺點(diǎn)：只是實(shí)驗(yàn)推測，缺乏理論驗(yàn)證圖7 l，4一二羥基葸醌降解機(jī)理示意圖共二十四頁 HPLC+LC-MS譜+AM1分子(fnz)軌道計(jì)算分析HPLC/LC-MS檢測(jin c)中間產(chǎn)物

5、種類HPLC+LC-MS色譜分析推測降解機(jī)理優(yōu)點(diǎn)：嚴(yán)密準(zhǔn)確推測出有機(jī)物降解機(jī)理AM1分子軌道計(jì)算驗(yàn)證降解機(jī)理圖8 醌藍(lán)降解機(jī)理示意圖共二十四頁三研究(ynji)內(nèi)容電極制備(zhbi)及表征1優(yōu)化工藝條件2機(jī)理研究3工程應(yīng)用4共二十四頁 三研究(ynji)內(nèi)容1制備CNT-Sb-SnO2/Ti電極(dinj)制備及表征Ti板電極基體SnCl4溶液前驅(qū)物溶膠加氨水共沉淀加草酸絡(luò)合涂抹焙燒圖9 改性CNT-Sb-SnO2/Ti電極制備流程CNT-Sb-SnO2/Ti電極碳納米管（CNT）羧化后的CNT混酸加熱回流制備CNT-Sb-SnO2/Ti電極的實(shí)驗(yàn)路線共二十四頁 電極涂層(t cn)的表征方

6、法X-射線衍射(ynsh)（XRD分析）紫外可見漫反射（UV-VIS)掃描電子顯微鏡（SEM)透射電子顯微鏡（TEM)表征電極表面組成元素的價(jià)態(tài)表征電極氧化物涂層元素的組成表征電極物質(zhì)晶相組成及其晶型結(jié)構(gòu)表征電極材料微觀結(jié)構(gòu)，觀察顆粒形貌及分散情況X射線光子能譜XPS紫外可見漫反射（UV-VIS)掃描電子顯微鏡（SEM)透射電子顯微鏡（TEM)能量色散譜儀 EDSX射線衍射分析儀XRD掃描電子顯微鏡（SEM)共二十四頁15LSV分析析氧電位(din wi)推測電催化活性CV氧化峰強(qiáng)度以及(yj)出峰位置EIS分析反應(yīng)阻抗，推測電子傳輸速率循環(huán)伏安曲線交流阻抗譜極化曲線加速壽命曲線分析電極的壽命

7、推測電極的穩(wěn)定性加速壽命實(shí)驗(yàn) 電極的電化學(xué)性能測試共二十四頁2優(yōu)化工藝(gngy)條件電解質(zhì)投加量反應(yīng)時(shí)間初始(ch sh)pH值電流密度吸光度（=520nm）CODTOC莧菜紅作為目標(biāo)污染物，結(jié)構(gòu)簡單具有代表性，溶于水，無毒單因素分析法共二十四頁3機(jī)理(j l)研究電解質(zhì)投加量反應(yīng)時(shí)間初始(ch sh)pH值電流密度吸光度（=520nm）CODTOC莧菜紅作為目標(biāo)污染物，結(jié)構(gòu)簡單具有代表性，溶于水，無毒單因素分析法優(yōu)化工藝條件共二十四頁莧菜紅廢水降解過程(guchng)的UV-Vis吸收光譜分析電化學(xué)反應(yīng)階段莧菜紅及其中間產(chǎn)物(chnw)的變化配制廢水降解反應(yīng)配制一定濃度的莧菜紅染料模擬廢水

8、在最佳條件下進(jìn)行電催化氧化降解莧菜紅染料模擬廢水反應(yīng)分析譜圖分析UV-Vis吸收光譜特征吸收峰出峰位置與出峰強(qiáng)度UV-Vis掃描檢測范圍控制在200800nm測得不同反應(yīng)時(shí)間紫外-可見光譜3機(jī)理研究共二十四頁 液相/液相-質(zhì)（HPLC/LC-MS）譜圖分析(fnx) 2. LC-MS 1. HPLC進(jìn)一步分析CNT-Sb-SnO2/Ti電極上電催化氧化降解(jin ji)莧菜紅染料廢水降解(jin ji)途徑，對不同反應(yīng)時(shí)段的反應(yīng)液進(jìn)行HPLC分析偶氮染料莧菜紅在降解過程中發(fā)生脫除基團(tuán)和奈環(huán)斷裂的直接證據(jù)是LC-MS分析共二十四頁染料降解過程AM1分子(fnz)軌道計(jì)算 3. AM1分子軌道(

9、gudo)計(jì)算采用量子化學(xué)計(jì)算方法并結(jié)合分子圖形學(xué)技術(shù)對其進(jìn)行研究，通過分子軌道的計(jì)算，可以知道分子的空間構(gòu)型，電子云的密度分布，對推測電催化氧化的環(huán)加成位置及中間產(chǎn)物的穩(wěn)定性。共二十四頁4 工程(gngchng)應(yīng)用計(jì)算工程直接費(fèi)用、設(shè)計(jì)費(fèi)用、調(diào)試費(fèi)用、管理費(fèi)用和稅金估計(jì)(gj)投資成本對于實(shí)際染料廢水降解，優(yōu)化相應(yīng)的工藝條件計(jì)算電費(fèi)、維修費(fèi)、維護(hù)費(fèi)、折舊費(fèi)和其他費(fèi)用估算運(yùn)行成本。實(shí)際廢水降解投資成本估算運(yùn)行成本估算投資成本估算+運(yùn)行成本估算=總投資費(fèi)用共二十四頁五課題研究(ynji)計(jì)劃時(shí)間安排 研究計(jì)劃2013.102014.3閱讀大量文獻(xiàn)擬定實(shí)驗(yàn)方案2014.32014.9DSA電極制備電極表征2014.92015.3優(yōu)化工藝條件檢測中間產(chǎn)物及氧化劑推測反應(yīng)機(jī)理2014.32015.7課題總結(jié)發(fā)表論文2015.72015.10撰寫畢業(yè)論文共二十四頁謝謝(xi xie)，請各位老師批評指正共二十四頁內(nèi)容摘要CNT-Sb-SnO2/Ti電極制備及其電催化氧化偶氮染料機(jī)理研究。CNT-Sb-SnO2/Ti電極制備及其電催化氧化偶氮染料機(jī)理研究。電催化氧化通過直接降解和間接降解實(shí)現(xiàn)對有機(jī)污染物的轉(zhuǎn)化或降解。1936年H.Beer發(fā)明了形穩(wěn)陽極（DSA）即在金屬基材沉積幾微米金屬氧化物膜。改性后比改性前更光滑且致密，因此提高電催化性