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新型β-PbO_2电极的制备及电催化性能研究

王勋华

  电化学氧化法是一种环境友好型的氧化技术,目前其核心问题是高性能阳极的制备。PbO_2作为一种优良的电催化氧化阳极材料,具有耐腐蚀性好、析氧过电位高和成本较低等优点。然而,在对有机物的电化学氧化处理过程中,普通二氧化铅阳极的稳定性仍然不够理想。最近一些研究结果表明,各类掺杂技术能提高二氧化铅电极的性能,应用前景较佳。为此,本工作中镀制了CeO_2微粒和聚四氟乙烯(PTFE)共掺杂的二氧化铅电极,对这个复合电镀的工艺条件进行了优化,并研究了其在无机水溶液和有机物水溶液中的电催化氧化性能,在此基础上,改进了二氧化铅电极的镀液配方,以期制得纳米级的二氧化铅电极,从而进一步提高电极的综合性能。 研究表明,镀液中添加3 g·L~(-1)的CeO_2,温度为80℃,电流密度为30 mA·cm~(-2),1300 r·min~(-1)搅速,电沉积2 h,所制得的复合电极表面镀层均匀致密,失重较慢,并且在强化电解过程中镀层的铅氧计量比也具有较高的稳定性。比较电极在掺杂CeO_2前后的析氧行为发现,CeO_2掺杂可以很好地消除由于PTFE掺杂而引起析氧过电位的降低现象。CeO_2掺杂后电极的Tafle斜率增大,析氧反应表观活化能提高,说明CeO_2降低了PbO_2的析氧活性,干扰了析氧过程中活性中间物的转化过程,在电氧化降解过程中抑制了析氧副反应。 利用该复合电极电氧化降解对氯苯酚的结果表明,CeO_2掺杂能有效地提高二氧化铅的电氧化特性,降低能耗,相同条件下能使氧化效率提升10%以上。Ti/CeO_2-PTFE-PbO_2降解对氯苯酚的表观反应速率常数和电流效率分别为12.32×10-3 min~(-1)、5.70%,均大于Ti/PTFE-PbO_2的数值(8.41×10-3 min~(-1)、4.35%)。从现有的结果看,CeO_2可能影响了中间活性物种(如·OH等)的寿命,电化学阻抗测试(EIS)的相关实验结果证实了这个推论。而且,在高电位下Ti/CeO_2-PTFE-PbO_2阳极对4-CP的降解显示了很好的稳定性。 为了进一步提高二氧化铅的性能,研究中开发了一种新型镀液配方:乙酸铅250.0~280.0 g·L~(-1),NaF 2.0 g·L~(-1),PTFE 6 g·L~(-1)及CeO_2 3 g·L~(-1),用氨基磺酸调节酸度。该镀液制备的PbO_2表面类似于蜂窝状结构,XRD分析结果表明PbO_2晶粒大小为8~12 nm,达到纳米级别,有利于活性比表面积的提高。电化学测试结果表明纳米级二氧化铅的析氧过电位要高于传统制法的二氧化铅,电极表面晶粒大小的变化是析氧过电位提高的主要原因。4-CP的降解结果表明,纳米级二氧化铅对4-CP的去除效果明显要高于传统制法的二氧化铅,并且纳米级二氧化铅失重较低,显示了极大地应用前景。……   
[关键词]:β-PbO_2;CeO_2;电催化;对氯苯酚;纳米二氧化铅
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:浙江工业大学2010年