MnO2/Ti电催化膜的制备及其处理乳化油废水性能研究

通过简单可控的电沉积方法制备了一种高性能MnO₂包覆Ti基电催化膜(MnO₂/Ti)。系统地表征了所制备的MnO₂/Ti膜形貌、元素含量、价态分布和电化学阻抗以及循环伏安交流测试,并考察了流速和电流密度对MnO₂/Ti膜水处理性能的影响。结果表明,MnO₂均匀分布在Ti膜表面,电沉积MnO₂可以显著提高Ti膜电化学活性,增强Ti膜电催化氧化性能,从而提升Ti膜自清洁能力。在电流密度为10 mA/cm²,流速为1.5 mL/min的工作条件下,乳化油的去除率高达91%。此外,MnO₂/Ti膜具有良好的稳定性和可重复使用性能。氧化机理表明,MnO₂/Ti膜在电催化处理过程中具有直接和间接氧化活性,MnO₂涂层可提高Ti膜的直接氧化能力和·OH、O₂^·-产量。     

电解催化氧化法处理含酚废水技术及机理研究

以聚合前驱体方法制备了Ti/SnO_2平板电极,用SEM和XRD表征了电极表面涂层形貌及结构。以自制Ti/SnO_2电极为阳极,电解催化氧化法处理100 mg/L的含酚废水,试验表明电催化系统能够产生羟基自由基,自制Ti/SnO_2电极具有良好的催化活性和使用寿命。当电流密度为0.01 A/cm2、极板间距为14 mm、初始p H为4,电解催化时间50 min后,出水苯酚去除率几乎为100%。     

Ti/RuO_2网状电极降解对硝基苯甲酸废水的研究

采用刷涂法制备了Ti/Ru O_2涂层网状电极,通过X射线衍射和扫描电镜对电极的组分和形貌进行了表征。以Ti/Ru O_2涂层网状电极为阳极,不锈钢网电极为阴极,研究了电解电压、p H、温度和电解时间等因素对对硝基苯甲酸废水电化学催化降解的影响。正交实验结果表明,影响对硝基苯甲酸废水电化学催化降解的顺序依次为p H、温度、电解时间、电解电压。通过单因素实验得到的电化学降解优化条件为:电解电压为2 V,p H为3,温度为30℃,电解时间为180 min。在该条件下,对硝基苯甲酸废水的COD去除率和降解率分别为79.5%、77.2%。     

纳米TiO2-Pt修饰电极的制备、性能及应用

采用电化学合成法和电沉积法制备高活性钛基纳米TiO₂-Pt(Ti/nano-TiO₂-Pt)修饰电极,通过循环伏安法研究并比较了钛基纳米TiO₂膜电极、纯Pt电极、Ti/nano-TiO₂-Pt电极在H₂SO₄溶液中的电化学行为以及Ti/nano-TiO₂-Pt电极对Mn²⁺氧化为Mn³⁺的电催化性能.结果表明纳米TiO₂-Pt修饰电极对Mn²⁺的电氧化有高催化活性.Mn²⁺氧化峰电位为1.28 V（vs SCE）,比纯Pt电极负移0.12 V;析氧电位为1.40 V,比纯Pt电极高0.08 V.Ti/nano-TiO₂-Pt修饰电极催化性能优于纯Pt电极和纳米TiO₂膜电极,非均相电解氧化效率可达90%以上.电解得到的Mn³⁺可一步氧化甘油为甘油醛,收率为96%.     

IrO_2-SiO_2涂层钛阳极的失效行为研究

为探讨氧化物涂层阳极的失效原因,采用热分解法在不同焙烧温度下制备了60%IrO2-40%SiO2/Ti氧化物阳极,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDX)和循环伏安测试(CV)分析了阳极在硫酸溶液的强化电解过程前后表面形貌、涂层组成和电化学性能的变化。结果表明,IrO2-SiO2涂层钛阳极失效的主要原因是钛基体和涂层之间形成了不导电的TiO2层。在强化电解过程中,低焙烧温度制备的阳极活性组分的电化学溶解和涂层的机械脱落促进TiO2层的生长。高焙烧温度制备的阳极中已生成一定量的TiO2,在电解时加速电极的失效。600℃焙烧温度下制备的电极的强化寿命最高。     

三维电极电解法处理氨氮废水的研究

以钛(Ti)为阴极,钌铱涂层钛(Ru-Ti-Ir)为阳极,活性炭为导电粒子,制作三维电极反应器,电化学氧化高浓度氨氮废水。考察了Na_2SO_4浓度、电压、氯离子浓度和氨氮初始质量浓度等因素对电解过程的影响,并分析了三维电极电解机理。结果表明:在氨氮初始质量浓度为300 mg/L、Na_2SO_4浓度为0.15 mol/L、电解电压为20 V、氯离子质量浓度为1 g/L条件下,反应120 min后氨氮去除率可达到84.2%。在此条件下与二维电极电解实验进行对比,发现三维电极对氨氮的去除率明显高于二维电极。三维电极对氨氮废水的处理效果明显,为其实际应用提供了理论依据。     

纳米MnO2/PVA石墨纸多层电极电催化降解聚丙烯酰胺

采用涂覆法制备纳米MnO₂-PVA/GP多层复合电极,经FTIR、SEM、循环伏安特性曲线分别表征电极的分子结构、表面形貌和电化学性能。复合电极表面聚乙烯醇（PVA）涂层光滑,PVA薄层均匀内嵌γ晶型球形纳米MnO₂颗粒,粒径约15～20nm,具有较高催化活性。该电极为多层复合结构,以石墨纸为基底电极,集合PVA强吸附性和纳米MnO₂催化活性,应用于电催化降解石油三采过程中产生的高黏性的聚丙烯酰胺溶液。考察了电流密度、溶液pH、电解质浓度等因素对复合电极电催化降黏性能的影响。该电极电催化降黏性能优于石墨纸电极和纳米MnO₂催化,在pH=7、电解质Na₂SO₄溶液浓度为0.3mol/L、电流密度10mA/cm²、电催化2.0h后PAM溶液的黏度下降90.2%以上,达到石油三采中聚丙烯酰胺废水回用的黏度要求,同时节约了采油业用水资源。     

烧结时间对IrO2–Ta2O5/Ti电极寿命及电化学性能的影响

将氯铱酸和五氯化钽正丁醇溶液按Ir与Ta的物质的量比7∶3混合，采用热分解法在不同烧结时间下制备了IrO₂–Ta₂O₅/Ti阳极。通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分别分析了电极表面涂层的形貌及物相组成，通过循环伏安曲线(CV)、线性扫描伏安曲线(LSV)、电化学阻抗谱(EIS)、标准强化寿命试验(SALT)等方法考察了电极的电化学性能和稳定性。结果表明：随着烧结时间的延长，阳极的电催化活性表面积总体呈减小的趋势，阳极涂层的物相组成及析氧电位未发生明显变化。单层烧结5 min所制备的阳极具有最高的电催化活性，但电解寿命最短；烧结15 min的阳极具有最长的电解寿命，电化学综合性能最佳。     

Ti/nanoTiO_2-PAn复合膜电极催化降解甲基橙

利用溶胶-凝胶法和电化学聚合制得Ti/nanoTiO₂-PAn复合膜电极,并通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）及循环伏安法（CV）对制备的Ti/nanoTiO₂-PAn复合膜电极的结构、表面形貌和性能进行了表征。以此电极对偶氮染料甲基橙进行了催化降解处理,研究了初始浓度、不同电极等因素对甲基橙电催化氧化降解的影响,结果表明Ti/nanoTiO₂-PAn复合膜电极对甲基橙具有较高的电催化氧化活性,其电催化活性优于Ti/nanoTiO₂电极。     

铜修饰微弧氧化二氧化钛网电极三维光电催化研究

实验采用微弧氧化技术制备了负载Cu2+的二氧化钛/钛(TiO2/Ti)网电极,考察了微弧氧化电解液浓度、光电催化电解质初始浓度、电解间距、外加电压对亚甲基蓝三维光电催化的脱色情况。结果表明,在6g/L的Na3PO4溶液中微弧氧化5min制备TiO2/Ti网电极的光催化效果最高达到25.3%;采用微弧氧化负载Cu2+法修饰TiO2/Ti网电极,当电解液中Cu2+的浓度为0.01mol/L,微弧氧化时间7min时制备的负载Cu2+的TiO2/Ti网电极,在三维光电催化体系为5mg/L的亚甲基蓝,0.01mol/L的硫酸钠溶液,1.5cm的电解间距,3.0V的外加电压以及pH为5的情况下,光电催化对亚甲基蓝的脱色率达到46.2%。     

一步法合成α-MnO2/β-MnO2催化剂及其对甲苯催化氧化的性能研究

采用水热法在不同pH条件下制备了一系列MnO₂基催化剂,通过XRD、SEM、N₂吸脱附等手段对其进行了表征,并评价了它们对甲苯催化氧化反应的催化活性。表征结果表明,不同的pH本质上改变了s反应溶液的初始H⁺浓度,从而影响了所得样品的结晶环境,并赋予它们不同的晶相。甲苯的催化氧化评价结果表明,催化剂的催化性能与α-MnO₂的含量密切相关。当pH=11时所得到的MnO₂-11催化剂,具有最大的比表面积和最多的缺陷结构,使其具有最佳的催化活性（T₅₀=245℃和T₉₀=256℃）和优异的循环稳定性。     

一步法合成α-MnO2/β-MnO2催化剂及其对甲苯催化氧化的性能研究

采用水热法在不同pH条件下制备了一系列MnO₂基催化剂,通过XRD、SEM、N₂吸脱附等手段对其进行了表征,并评价了它们对甲苯催化氧化反应的催化活性。表征结果表明,不同的pH本质上改变了s反应溶液的初始H⁺浓度,从而影响了所得样品的结晶环境,并赋予它们不同的晶相。甲苯的催化氧化评价结果表明,催化剂的催化性能与α-MnO₂的含量密切相关。当pH=11时所得到的MnO₂-11催化剂,具有最大的比表面积和最多的缺陷结构,使其具有最佳的催化活性（T₅₀=245℃和T₉₀=256℃）和优异的循环稳定性。     

Ti/IrO2+MnO2电极在酸性溶液中的电化学活性表面积

采用涂覆热分解法制备不同成分的Ti/IrO₂+MnO₂电极,利用恒电位循环伏安法研究Ti/IrO₂-MnO₂电极在硫酸溶液中的电化学表面行为,并用直线外推法定量地评价电极的电化学活性表面积。结果表明,Ti/(0.7)IrO₂+(0.3)MnO₂的伏安电荷达到最高,为电化学活性表面积最大;随着电位扫描速率增大,伏安电流密度不断增加,而伏安电荷容量逐渐减少,直到维持恒定;所有Ti/IrO₂+MnO₂电极的“内部”电化学活性表面积远大于“外部”电化学活性表面积,约为“外部”电化学活性表面积的2倍,说明电极内部存在丰富的多孔结构,真实表面积巨大,因此Ir⁴⁺/Ir³⁺转化反应多发生于内电化学活性表面区域。     

电泳沉积法制备高能量密度的非对称平面微型超级电容器

首先采用光刻、蒸镀金的方法制备叉指电极,随后把合成的具有赝电容特性的二维MnO2和Ti3C2纳米片分别电泳沉积到叉指电极上,构建了非对称平面超级电容器.其中MnO2为正极,Ti3C2为负极,滴涂凝胶为电解质,并利用透明的聚二甲基硅氧烷薄膜封装成器件.通过能量色散X射线光谱(EDS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫...     

细乳液法制备MnO2/PPy复合材料及其电化学性能

以吡咯(Py)、高锰酸钾(KMnO₄)等为原料，撞击流-旋转填料床(IS-RPB)为乳化设备，通过细乳液法(W/O)制备了类球形花状结构的MnO₂/PPy复合材料。研究了对甲苯磺酸浓度、高锰酸钾浓度和反应时间对MnO₂/PPy复合材料比容量的影响，并对其电化学性能进行了考察。研究结果表明，细乳液法制备MnO₂/PPy复合材料适宜条件为对甲苯磺酸浓度0.84mol/L、高锰酸钾浓度0.094mol/L及反应时间3.5h。该条件下制备的MnO₂/PPy复合材料比表面积为177.1m²/g，比容量在0.5A/g时达到231.9F/g。同时，也表明MnO₂与PPy的协同作用有效提高了MnO₂/PPy的比容量和循环稳定性。     

橡胶木纤维素纳米纤丝/二氧化锰/碳纳米管柔性电极材料的制备及表征

以橡胶木为原料,通过化学处理得到橡胶木纯化纤维素(PCF),在此基础上通过高速剪切结合超声波处理制备得到纤维素纳米纤丝(CNF)。通过单相合成法制备二氧化锰(MnO₂)纳米片。以CNF为结构支撑体,MnO₂纳米片和碳纳米管(CNTs)作为活性电极物质,通过真空抽滤的方式制备CNF/MnO₂/CNTs柔性电极材料。采用多种手段对CNF、MnO₂以及电极材料的结构性能进行表征,并测试了电极材料的电化学性能。结构性能表征结果表明：CNF的直径为3~10 nm,具有大的长径比,是很好的结构支撑体,CNF为纤维素Ⅰ型结构;MnO₂纳米片为片层花瓣状结构,晶型为δ型。电化学性能测试结果表明：在扫描速率为50 mV/s时电极材料的比电容值为78.45 F/g,在电流密度为0.1 A/g时的电极材料比电容值为97.02 F/g,在低频区时,交流阻抗(EIS)曲线的直线部分斜率较大,表明电极材料具有良好的电容特性,在200次充放电循环测试过程中,电极材料的电容保留率始终维持在99%左右,表明该电极材料具有良好的电化学性能并且具有一定的柔性变形能力,可用作超级电容器的电极材料。     

高导电三明治状MnO2/CNTs/MnO2介孔材料的制备及其赝电容性能

MnO₂具有低成本、无毒性、高天然丰度和优异的理论比电容等优点,被认为是一种极具前景的超级电容器(SC)电极材料。赝电容电极材料MnO₂仍然存在导电性差以及充放电过程中易剥落的问题。本文利用恒电流沉积的方法在硝酸预氧化处理的碳纸表面制备了一种MnO₂/CNTs/MnO₂复合电极材料。X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和氮吸附测试证明,所制备的复合材料具有一种三明治状的夹层结构,同时富含5 nm左右的介孔,介孔结构能够保证电解液离子的高效传输。采用三维立体的碳纸能够为MnO₂提供丰富的附着位点,而电沉积法合成的α-MnO₂生长在有效的导电位点上,具有蓬松多孔的形貌,在MnO₂发生膨胀/收缩过程中,这种海绵状形貌可以有效降低材料受到的膨胀应力。中间层碳纳米管(CNTs)相互搭接于内外两层MnO₂之间,作为一种导电中继,提高了复合材料的导电性。该复合材料具有优异的电化学性能：在0.1 A·g^-1的电流密度下,能够获得428.8 F·g^-1的可逆比电容,并在5 A·g^-1的高电流密度下仍能具有80%的电容保持率。同时,电极表现出优异的循环稳定性,在1 A·g^-1循环6000次之后比电容仅衰减5%。     

Green bio-synthesis of Ni/montmorillonite nanocomposite using extract of Allium jesdianum as the nano-catalyst for electrocatalytic oxidation of methanol

In this work, synthesis of Ni nanoparticles was carried out successfully by water extract of Allium jesdianum as a biochemical reducing agent in the presence of montmorillonite clay (MMT) as a natural solid support for the first time. Then the electrochemical activity of the synthesized nanocomposite was investigated in methanol electrocatalytic oxidation. MMT with high cation exchange capacity and nano layer structure was exposed to ion exchange conditions in nickel solution. Then Ni²⁺ ion exchanged form was used in this process as a source of ions and also capping agent. Water extract of Allium jesdianum used as a reducing agent due to abundant availability of phenolic and flavonoid contents. The synthesized Ni/MMT nanocomposite was characterized using UV-Vis spectroscopy (UV-Vis), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), X-ray diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Transmission electron microscopy (TEM) and Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX). The surface of prepared modified electrode has been characterized using SEM to evaluate the morphology, showing uniform dispersion of Ni nanoparticles with mean diameter of 12 to 20 nm. The modified carbon paste electrode was then used in methanol electrocatalytic oxidation reaction. Methanol oxidation on the proposed modified electrode surface occurs at 0.6 V and 0.3 V in alkaline and acidic medium respectively. Also, the results showed the better performance of modified electrode toward methanol electrocatalytic oxidation in comparison with carbon paste electrode that is modified by ion exchanged MMT. Charge transfer coefficients and apparent charge transfer rate constant for the modified electrode in the absence of methanol in alkaline medium were respectively found as: α_a = 0.53, α_c = 0.37 and k_s = 1.6×10^-1 s^-1. Also, the average value of catalytic rate constant for the electrocatalytic oxidation of methanol by the prepared nano-catalyst was estimated to be about 0.9 L·mol^-1·s^-1 by chronoamperometry technique. The prepared electrode was also effective for electrocatalytic oxidation of ethanol and formaldehyde in alkaline medium.     

New degradation mechanism of Ti/IrO2 + MnO2 anode for oxygen evolution in 0.5 M H2SO4 solution

Degradation mechanism of Ti/IrO₂(0.7) + MnO₂(0.3) anode for oxygen evolution was studied in 0.5 M H₂SO₄ solution by field emission scanning electron microscopes (FESEM), Tafel slope, X-ray diffraction (XRD) and electrochemical impedance spectroscopic (EIS). The whole surface of the non-electrolyzed Ti/IrO₂(0.7) + MnO₂(0.3) anode consisted of nano-IrO₂ poles array. The anode surface had hardly discovered cracks and had compact morphology that can prevent the electrolyte from entering the Ti/oxide interface and an insulating TiO₂ film from growing on the Ti-based surface. An insulating TiO₂ phase had not been generated on the Ti/oxide interface during the process of O₂ evolution and the inactive anode surface still remained mass of the IrO₂ and MnO₂ oxides. The chemical dissolution of Ti/IrO₂(0.7) + MnO₂(0.3) anode coating was not the main reason for electrode degradation in 0.5 M H₂SO₄ solution. The degradation mechanism of Ti/IrO₂(0.7) + MnO₂(0.3) anode differed from other conventional oxide electrodes for O₂ evolution in acid medium. The platforms of Tafel slope and anode potential (900–1050 h) indicated that the change of the oxygen evolution reaction (OER) mechanism was the main reason for degradation of Ti/IrO₂(0.7) + MnO₂(0.3) anode due to the change of adsorption intermediate.     

Preparation and characterization of LaFe1−xMgxO3/Al2O3/FeCrAl: Catalytic properties in methane combustion

MnO_x–CeO₂ mixed oxides prepared by sol–gel method, coprecipitation method and modified coprecipitation method were investigated for the complete oxidation of formaldehyde. Structure analysis by H₂-TPR and XPS revealed that there were more Mn⁴⁺ species and richer lattice oxygen on the surface of the catalyst prepared by the modified coprecipitation method than those of the catalysts prepared by sol–gel and coprecipitation methods, resulting in much higher catalytic activity toward complete oxidation of formaldehyde. The effect of calcination temperature on the structural features and catalytic behavior of the MnO_x–CeO₂ mixed oxides prepared by the modified coprecipitation was further examined, and the catalyst calcined at 773 K showed 100% formaldehyde conversion at a temperature as low as 373 K. For the samples calcined below 773 K, no any diffraction peak corresponding to manganese oxides could be detected by XRD measurement due to the formation of MnO_x–CeO₂ solid solution. While the diffraction peaks corresponding to MnO₂ phase in the samples calcined above 773 K were clearly observed, indicating the occurrence of phase segregation between MnO₂ and CeO₂. Accordingly, it was supposed that the strong interaction between MnO_x and CeO₂, which depends on the preparation route and the calcination temperature, played a crucial role in determining the catalytic activity toward the complete oxidation of formaldehyde.