DSA电极的制备及其在水处理中的应用 3页

化学工程师ChemicalEngineer2016年第08期：≥DOI：10·16247~·cnki·23一ll71／tq-2016o85o算，：：DSA电极的制备及其在谜水处理中的应用阚连宝，段辉(东北石油大学。黑龙江大庆163318)摘要：DSA电极电化学催化技术在水处理领域得到了广泛的关注。本文阐述了4种DSA电极的制备方法：热分解法、溅射法、电沉积法、溶胶一凝胶法。介绍了稀土掺杂的DSA电极在水处理领域的应用。简单地分析了稀土的掺杂对DSA电极的催化活性、稳定性、使用寿命以及析氧电位的影响。关键词：DSA电极；稀土掺杂；催化活性；析氧电位中图分类号：X703文献标识码：APreparationofDSAelectrodeanditsappHcationinwatertreatment*KANLian—bao，DUANHui(NortheastPetroleumUniversity，Daqing163318，China)Abstract：ElectrochemicalcatalytictechnologywithDimensionallyStableAnodeselectrodehasreceivedwideattentioninthefieldofwatertreatment．ThispaperexpoundsfourmethodsofDSAelectrodepreparation：thermaldecompositionmethod，sputteringmethod，electro-depositionmethodandsol-gelmethod．RareearthdopedDSAelectrodeapplicationinthefieldofwatertreatmentisintroduced．Wesimplyanalysestheinfluenceofcatalyticac—tivity，stability，servicelifeandtheoxygenevolutionpotentialofrareearthdopedDSAelectrode．Keywords：DSAelectrode；rareearthdoped；catalyticactivity；theoxygenevolutionpotential随着工业化、城镇化、农业现代化的快速发展，铂、铅基合金、PbO等电极相比，具有耐腐蚀性和良污水的排放量已经远远超过了环境的容量，其中难好的电催化活性，且价格便宜等优点，在水处理领降解的有机污染物的种类和数量也在逐年增多，水域应用颇广，尤其是降解难生物降解的高浓度有机污染问题日趋突出。近年来，电化学技术被称为绿废水。色水处理技术，已成为废水处理的一种有效办法，而受到人们的广泛关注。根据电化学阳极氧化机理1DSA电极的制备方法可分直接氧化和间接氧化两种【¨。前者是在电极表目前，钛基涂层电极的制备方法主要有热分解面直接发生电氧化，将有机污染物和部分无机污染法、溅射法、电沉积法、溶胶一凝胶法等。物转化为无害物质；后者则是通过阳极反应产生超1．1热分解法氧自由基(·0：)，过氧化氢(H2o：)，羟基自由基(·OH)等强氧化性的中间物质，将水体中的有机物污热分解法采用工艺设备比较简单，是常用的制备金属氧化物涂层电极的方法。该方法的制备工艺染物直接氧化，最终达到氧化降解污染物的目的。是：首先配制金属氯化物的醇溶液，然后用毛刷将此而合适的阳极材料是决定电化学反应效率的关键，其中DSA(DimensionallyStableAnodes)电极是目前溶液均匀的涂敷在预处理好的基体表面，或者将基应用较为广泛的一类电极。该电极与传统的石墨、体浸渍一段时间，在烘箱中烘干，之后锻烧热解，反复多次直到基体表面形成所需的氧化物薄膜。秦瑞焕t】以钛为基底，以SnCL·5H20、Sb2O3和SmO3为收稿日期：2016—05—31原料，采用涂层热解法制备Sm掺杂的Ti／SnO一Sb基金项目：黑龙江省教育厅科学技术研究项目(12541077)；大学生创电极。结果表明：掺杂适量的钐能够提高电极的性新训练项目(20141022oo35)能。作者简介：阚连宝(1979一)，男，黑龙江大庆人，副教授，硕士，研究方1．2溅射法向：从事电催化氧化技术工作。通讯作者：段辉(1991一)，女，硕士研究生，研究方向：电化学。溅射法是在低气压下，强电场作用离子轰击膜\n2016年第O8期阚连宝等：DSA电极的制备及其在水处理中的应用料，使表面原子逸出并沉积在载体上，从而形成薄好、选择性高、加工周期短等。同样掺杂稀土也能够膜的方法。该方法主要用于薄膜电极材料和微小电改变电极的性能。很多学者进行了稀土掺杂DSA电极的制备。在制备钛阳极的过程中，该技术主要是极的实验研究。文广等【1以钛酸丁脂作为钛源，溅射钽、钯与铂作为中间层。王福等用磁控溅射法SnC1·5HO为锡源，掺杂不同ce量，制备了稀土改在钛基体表面溅射TiB中间层，以此为基体用热分性钛基二氧化锡催化电极，利用该电极进行了苯酚解法制备了(Ru，Ti)氧化物涂层钛电极。以TiB中降解实验，降解率可达到90％。ShanpingLi等采用间层作为催化电极的载体，既可以延缓涂层的脱落改性Ti／SnO一Sb阳极处理合成废水中的烯啶虫胺和失效，同时也提高电极的催化活性和节能降耗。(NIT)，Ti／SnO一Sb—Pr／SnO2一Sb—Dy阳极表现了良好1．3电沉积法的电催化活性，NIT和TOC的去除率为87．45％和电沉积法在常温常压下就可进行，并且过程参61．46％。数容易控制，可以制备出较为理想的晶粒尺寸、组稀土的掺杂有利于提高电极的催化活性。有研成及结构。该方法的缺点是工序较为复杂，在较大究分别采用Nd(NO，)，、Ce(NO)、Gd：O和SmO，对面积上沉积难以实现。陈野【]等采用阳极电沉积法钛基二氧化铅电极进行改性研究，通过苯酚降解试制备了钛基二氧化锰(Ti／MnO)电极，该电极对苯酚验和强化寿命测试说明，改性Ti／PbO：电极具有更的去除率可达49．6％。周礼等⋯首先制备了好的电催化活性和稳定性【l0]。稀土掺杂的改性电极Ti／SnO一Sb：O。电极，再用恒电流电沉积法分别制备的催化活性明显优于未改性的电极。毕强等⋯将镧了Ti／SnO2一Sb2OgPbO2和Ti／SnO2一Sb2OJMnO2电极。作为一种改性剂掺杂在Ti／Sb—SnO：电极的涂层中。并以3种电极为阳极降解苯酚，最终去除率分别为分别用改性的电极和未改性的电极处理模拟对硝85．9％，83．2％，44．6％。基苯酚废水，发现相同条件下，掺杂镧的改性电极1．4溶胶一凝胶法对废水的降解率为92．8％，而未改性的电极对废水溶胶一凝胶法的制备工艺是将金属有机化合的降解率仅为72％。实验结果说明，稀土镧改性后物溶液中的化合物水解、聚合，使溶液变成溶有金的Ti／Sb—SnO：电极在处理对硝基苯酚废水时显示属氧化物或氢氧化物微粒子的溶胶液，进一步使之出相当明显的优越性。凝胶化，凝胶加热，即可所需的金属氧化物。梁成浩稀土改性钛基氧化物涂层电极的析氧电位会等【】采用溶胶凝胶法制备了Ru—Ir—Sn—Ti阳极涂升高。李善评等【l2】用浸渍法制备了钕改性钛基层，与热分解法制备的相比，该电极具有析氯电位SnOJSb电极，并进行了电极动电位扫描测试，结果表明，钕改性钛基SnOJSb电极的阳极析氧电位较较低、析氧电位较高、电催化活性较好和强化电解寿命较长等优点。MonaGoudarzi等进行了在钛基高，有利于阳极氧化降解有机物。根据DSA电极中体表面涂覆钛、钌、铱三元金属氧化物涂层的研究，稀土元素的掺杂位置不同，可以分为两种掺杂方式：实验结果显示，随着涂层数量的增加，电极的析氯一种是稀土元素掺杂在电极的表面活性层；另一种电位降低，也就是说电极表面氯的析出速率加快。是稀土元素添加在电极的中间层中『I3】。胡海如等】制备了含有锑掺杂中间层的钛基二氧化锡电极，相2DSA电极在水处理中的应用比于无中间层的Ti／SnO～Sb电极，有中间层的Ti／SnO一Sb电极有较高的析氧电位，而且寿命较长，自二十世纪6O年代Beer等研制成功了钛基涂对甲基橙的降解率高达94．1％。层电极。该类电极以其良好的催化活性和耐腐蚀性受到了人们的青睐。目前，常用的钛基氧化物电极3结论主要有氧化锡、氧化铅、氧化铱以及氧化钌等。然而，传统的钛基氧化物电极已经研究的比较深入，在电化学废水处理领域，DSA电极以及稀土掺为了进一步提高电极的催化活性和使用寿命，人们杂的改l生DSA电极已得到了广泛的应用。目前，主尝试在钛基金属氧化物的活性涂层中掺杂一些其要从3个方面探讨了稀土掺杂DSA电极的改性机它的元素来改善电极的性能。而相关研究发现稀土理。有研究显示，通过改变涂层晶体的结构、表面的元素具有催化和助催化的能力，因此，也常被用作形态以及元素的组成，使活性层变得紧密、细腻且制备催化剂。稀土催化剂具有很多优点，如稳定性晶体均匀，从而起到提高电极的催化效率、延长电\n52阚连宝等：DSA电极的制备及其在水处理中的应用2016年第08期极寿命增强、增强吸附污染物的能力等效果；还有保，2014，34(1)：84—89．[6]梁成浩，贾理男，黄乃宝．溶胶凝胶法制备Ru—Ir-Sn—Ti阳极涂研究发现，掺杂稀土可以引入新的能级或改变电极层及其电化学性能研究[J]．表面技术，2012，41(3)：26—29．氧空位数目，进而影响稀土掺杂的DSA电极对污染[7]MonaGoudarzi，MohammadGhorbani．Astudyonternarymixed物的降解效率；也有学者认为，在电极表面发生的oxidecoatingscontainingTi，Ru，Irbysol-gelmethodontitanium催化降解有机污染物的过程中，添加稀土可以化学[J]．JournalofS01一GelScienceandTechnology，2015，73：332-340．燃烧反应成为主反应，极大地提高了电化学反应的[8]文广，邓俊，朱学军，廖秀．稀土改性钛基二氧化锡催化电极制备及降解苯酚研究[J]．四川理工学院学报(自然科学版)，2014，27效率的【”1。稀土掺杂不仅改善了DSA电极的催化活(4)：5—8．性和稳定性，还延长了电极的使用寿命，提升电极[9]ShanpingLi，WenranWang，XueyuanZeng，XiangruMa．Electro-的析氧电位，这极大地推动了DSA电极在电化学水catalyticdegradationmechanismofnitenpyraminsynthetic处理领域的深入研究和实际应用，为水处理技术的wastewaterusingTi-basedSnO2-Sbwithrareearth-dopedanode发展开辟了一个新的方向。[J]．DesalinationandWaterTreatment，2015，54(7)：1925—1938．[10]杨卫华，王鸿辉，付芳．稀土改性Tb—SnO#8一PbO电极的制备与性能[J]．稀有金属材料与工程，2010，39(7)：1215—1218．参考文献[11]毕强，薛娟琴，于丽花，等．镧掺杂对Ti／Sb—SnO阳极电催化性[1]朱心悦，韦新东，蒋宝军．高级氧化技术处理废水的研究进展能影响的研究[J]．中国稀土学报，2013，31(4)：465—472．[J]．中国资源综合利用，2015，33(3)：42—46．[12]李善评，胡振，曹翰林．钕改性钛基SnO~Sb电催化电极的制备[2]秦瑞焕．Sm掺杂Ti／SnO2-Sb电极的制备及性能研究[D]．兰州及表征[J]．中国稀土学报，2008，26(3)：291—297．理工大学，2012．[13]沈宏，夏伊静，戴启洲，王家德，陈建孟．稀土掺杂DSA电极在染[3]王福，竺培显，周生刚，曹勇．TiB：基RuO2+TiO：涂层的电催化性料废水处理方面的研究进展[J]．染料与染色2013，5O(2)：能[J]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