浅析钛基二氧化铅电极电催化降解有机污染物的研究进展
更新日期:2017-07-26     浏览次数:420
核心提示:简要介绍了电催化降解有机物的反应机理,并重点介绍了钛基二氧化铅电极对有机污染物降解的效果和特性,通过中间层的引入和活性物质的掺杂能够显著提升电极的稳定性、使用寿命及电催化氧化有机污染物的能力,最后总结了钛基二氧化铅电极的优点和目前所存在的问题,并对电极今后的发展方向提出建议。

 1.钛基二氧化铅电极对有机污染物的降解研究

Saratale等[14]的研究结果显示,在pH=2,电压为5V的条件下,Ti/PbO2电极能够将250mg/L的苯酚完全降解;Fe2+的投加能够抑制苯酚的降解,但能够提高TOC的去除率。Zhu等[15]也利用对双酚A进行降解,电解1.5h后,CODcr去除率达90.6%。张惠灵等[16]利用电沉积法制备Ti/PbO2电极,并用该电极电催化降解10 mg/L的甲基橙溶液,结果表明,在电流密度为36 mA/cm2的条件下,电催化反应12min甲基橙的去除率高达100%。大量研究表明,电沉积法制得的PbO2晶型绝大多数为型(即)。虽然电极氧化后生成的TiO2同属于四方金红石结构,但由于这两种氧化物的晶格尺寸及晶胞体积相差很大,它们之间几乎不可能生成固溶体[17]。随着电极阳极极化时间的延长,TiO2过渡层逐渐将镀层与钛基体完全分开,使得电极的内应力急剧上升,镀层与钛基体的结合力也大大降低,从而导电极电阻增大及致镀层容易脱落,最终使得电极失活。

2.新型钛基二氧化铅电极对有机污染物的降解研究

Nunes等[18]对比研究了对四环素类抗生素(四环素和土霉素)的降解,结果显示,Pt中间层的引入,能够显著增强电极的导电性,大大降低能量的消耗。由于Pt金属价格非常昂贵,考虑到经济效益,该方法是不切合实际的。为了降低材料成本,Zhang等[19]通过电沉积法向电极中引进中间层,并利用电极进行2-氯苯酚的降解性能研究,结果发现,中间层的引入,能够增加电极的析氧电位和稳定性,对2-氯苯酚的降解率由原来的78.4%提升至100%。有研究发现[20-21],多孔钛基电极的使用寿命较平面钛基电极的寿命大大提高;在麝香酮初始浓度为50mg/L、电流密度为40mA/cm2及Na2SO4浓度为0.06mol/L的条件下,电解120min后,多孔钛基电极对麝香酮的去除率高达99.93%。郭新燕等[22]对比研究了电极对2-氯苯酚的降解效果,结果显示,拥有更高的析氧电位和更长的电极使用寿命,对2-氯苯酚的去除效率为99.3%。Zhao等[23]的研究结果表明,TiO2-TNs中间层的引入,能够大大提高Ti基体对PbO2的承载能力。Yao等[24]对比研究单层和双层中间层的电极性能时发现,电极的使用寿命分别为2h、5h、59h,双中间层电极较单中间层电极的寿命提高了近11倍。

因此通过中间层的引入,在一定程度上,能够阻止高电阻TiO2的生成,降低界面电阻,从而增强电极的导电性;能够增强镀层与钛基体之间的结合力,从而增加电极的使用寿命和稳定性;能够提高电极的析氧电位,从而提升其对有机污染物的降解能力。

3.钛基二氧化铅电极掺杂改性及其对有机污染物的降解研究

为了提高钛基二氧化铅电极的催化活性和稳定性,可在电沉积PbO2表面活性层时,掺杂某些活性物质对钛基二氧化铅电极进行改性。大量研究表明,某些活性物质的掺杂有利于晶核的形成,提高晶核的生长速度,使PbO2沉积层的结晶更加均匀、细致,并能有效提高电极的电催化活性和稳定性。

4.1离子掺杂

Feng等[25]的研究结果表明,F-掺杂在PbO2镀层里能够明显增强镀层与钛基体的结合力;Cao[26]等也对比研究了PbO2和F-PbO2电极的性能,发现F-PbO2电极的寿命较PbO2增加了近2倍,并且F-PbO2电极降解4-氯酚的效果更优越。Xia等[27]研究发现,Ni2+掺杂PbO2能够强化电极的抗腐蚀性和提高电极的析氧电位,使得其对阿司匹林的降解效率显著提升。有研究发现[28],Fe3+掺杂的PbO2电极反应90min能够将硝基苯完全去除,而不掺杂Fe3+的PbO2电极反应180min后,硝基苯的降解率才82%,所以通过Fe3+掺杂能够提高PbO2电极对硝基苯的降解效率,并大大缩短处理时间。Xu等[29]利用Ce3+掺杂的PbO2电极降解甲基橙,反应120min后,甲基橙溶液中的COD去除率达100%。也有大量的研究报道[30-31],Al3+和Co2+对PbO2活性层的掺杂,能够提高电极稳定性并进一步强化其对有机污染物的去除能力。

4.2颗粒悬浮物掺杂

Zhao等[23]人利用疏水聚合物(含氟树脂)掺杂PbO2,结果显示,含氟树脂的掺杂能够增强PbO2表面的疏水性,减少羟基自由基表面吸附能力,从而提高电极的析氧电位和羟基自由基利用率,最终大大提高其对2,4-二氯苯乙酸的降解率。Ho等[32]的研究发现,疏水性聚四氟乙稀(PTFE)掺杂PbO2能够显著提高电极的析氧反应活性。也有研究发现[33],在酸性介质中,Co3O4掺杂的PbO2电极具有高活性,但析氧电位低于PbO2电极。大量的研究表明壳聚糖可以有效的吸附水体中的有机污染物,Wang等[34]利用壳聚糖对PbO2电极进行改性,结果显示,改性后的电极具有高的吸附性和氧化性,并且其对2,4-二氯苯酚的降解效果也最好。

2022-04-07• 板框压滤机去除悬浮物和油脂
1.2 实验用水实验水样取自贵阳某化工厂在四氟苯菊酯类农药废水制造过程中产生的废水,原水的COD为12500~15000mg/L,pH为8。1.3 实验装置和方法实验装...