Co改性PbO 2 Ti电催化电极处理模拟 染料废水

第２８卷第３期２００８年８月桂林工学院学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｕｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ２８Ｎｏ３Ａｕｇ．２００８文章编号：１００６－５４４Ｘ（２００８）０３－０３７５－０６Ｃｏ改性ＰｂＯ２／Ｔｉ电催化电极处理模拟染料废水韩国成，刘峥，王永燎（桂林工学院材料与化学工程系，广西桂林５４１００４）摘要：以脱色率为考察指标，研究了自制Ｃｏ改性ＰｂＯ２／Ｔｉ电催化电极处理亮绿、结晶紫和甲基橙３种模拟染料废水的最佳条件：控制电流分别为０３０、０３０、０１５Ａ，处理７、７、９ｍｉｎ，加入电解质ＮａＣｌ０５、０７、０５ｇ。动力学实验结果表明：亮绿和甲基橙的降解过程符合一级反应动力学关系，结晶紫符合零级反应动力学关系。紫外分光光度法测试结果表明：３种染料分子在电解催化过程中生色基团被破坏，发生了降解，揭示了Ｃｏ改性ＰｂＯ２／Ｔｉ电催化电极降解机理。关键词：Ｃｏ改性；ＰｂＯ２／Ｔｉ电极；电催化；脱色率；降解；染料废水中图分类号：Ｘ７０３１文献标志码：Ａ电催化氧化处理技术是高级氧化技术（ＡＯＰ）的一种，它通过阳极反应直接降解有机物或通过阳极反应产生羟基自由基、臭氧一类的氧化剂降解有机物［１］。该法使有机物分解更彻底，不易产生有毒的中间产物，更符合环境保护的要求，尤其可以使非生化降解的有机物转化为可生化降解的有机物（如芳香物开环氧化为脂肪酸），或使有毒有害的有机物转化为低毒无害的物质，提高了可生化性，在难生化降解有机物的预处理方面有着良好的应用前景［２］。另外，还具有操作简单、反应条件温和、便于实现自动化、无二次污染等其他处理方法难以比拟的优越性，近年来在水处理界备受关注。而寻找和研制开发出高催化活性、导电性好、耐腐蚀、寿命长的阳极材料，降低处理成本是电催化氧化技术的关键，也一直是国内外研究的热点和重点。Ｔｉ基体ＰｂＯ２是一种新型不溶性金属氧化物阳极材料（又称为ＤＳＡ电极），具有较好的耐腐蚀性和导电性，析氧过电位高且硬度大，对强酸（Ｈ２ＳＯ４或ＨＮＯ３）有较高的稳定性，其性能优于石墨及合金电极［３］，目前已广泛应用于电化学氧化法合成中［４－７］。早期ＤＳＡ电极是在钛基体上面直接镀一层ＰｂＯ２作为活性层，由于ＰｂＯ２的内应力较大，导致镀层容易出现裂缝，ＰｂＯ２与基体的结合力下降，使涂层容易脱落，从而影响电极的使用寿命，且ＰｂＯ２是一种多孔性物质，在电极的使用过程中，电解液不可避免会扩渗到钛基表面并放电，形成高电阻钛氧化物，减弱其电催化活性。针对这一问题，本文研究了钴掺杂钛基二氧化铅电极的制备工艺及其电催化氧化降解染料废水的性能，为研制和筛选出适用于染料废水处理的高效催化电极材料提供理论依据。１实验部分１１电极制备１１１ＰｂＯ２／Ｔｉ电催化电极的制备将经预处理［８］并保存在无水乙醇中的钛电极取出，吹干并迅速放入电沉积溶液中。选取同等面积的不锈钢板作阴极，电极的有效面积为２０ｃｍ２，电流强度先大后小［９］，经适当时间的电沉积时间后可得ＰｂＯ２电沉积涂层。电沉积溶液组成为０１ｍｏｌ／Ｌ的ＨＮＯ３２０ｍＬ，０５ｍｏｌ／Ｌ的Ｐｂ（ＮＯ３）２溶液６０ｍＬ及４０ｍｍｏｌ／Ｌ收稿日期：２００７－０９－０３基金项目：广西自然科学基金资助项目（０７３１０１５）作者简介：韩国成（１９８１－），男，硕士，研究方向：应用电化学技术。通讯作者：刘峥，博士，教授，Ｅｍａｉｌ：ｌｉｓａ４６＠１６３ｃｏｍ。的ＮａＦ添加剂１０ｍＬ［１０］，电解时温度保持在６５℃左右［９］。１１２掺杂ＰｂＯ２／Ｔｉ电极的制备掺杂电沉积溶液组成为０１ｍｏｌ／Ｌ的ＨＮＯ３溶液２０ｍＬ，０５ｍｏｌ／Ｌ的Ｐｂ（ＮＯ３）２溶液６０ｍＬ及４０ｍｍｏｌ／Ｌ的ＮａＦ添加剂１０ｍＬ，分别掺杂００１ｍｏｌ／Ｌ的Ｆｅ（ＮＯ３）３、Ｎｉ（ＮＯ３）２、Ｃｏ（ＮＯ３）２、Ｃｕ（ＮＯ３）２各１０ｍＬ，电解时温度保持在６５℃左右。制备方法同１１１节。１２电极结构表征方法１２１电极涂层ＳＥＭ分析采用日本电子株式会社ＪＳＭ６３８０ＬＶ型扫描电镜分析电极形貌，系统电压１０ｋＶ，放大倍数１０００。１２２电极涂层ＸＲＤ分析利用荷兰ＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌＸ’ｐｅｒｔＰＲＯＸ射线衍射仪测定电极涂层的晶体结构。１３电催化氧化降解染料废水性能３种模拟染料废水浓度分别为亮绿１０ｍｇ／Ｌ，结晶紫４ｍｇ／Ｌ，甲基橙１０ｍｇ／Ｌ。这３种染料的结构式见图１。以１０００ｍＬ的烧杯为电解槽，取模拟染料废水５００ｍＬ，加入０５ｇＮａＣｌ作电解质提高其电导率，溶液呈中性。阳极为铝－钛双阳极，阴极为不锈钢板，阴阳电极反应面积都为２０ｃｍ２，电极间距为７ｃｍ，通入直流电流，磁力搅拌，电解一