BDD电极在难降解废水处理中的应用研究进展

介绍了BDD电极的电化学特性、氧化机理及制备技术。重点总结了BDD电极在酚类、染料、农药、医药等难降解模拟废水和垃圾渗滤液、印染、制药、城镇污水处理厂出水等实际废水中的应用研究进展。提出开发大面积BDD电极制备技术,提高电极电催化性能和稳定性,增强基底附着力,开发组合工艺技术是未来BDD电极实现工业化应用的研究方向。     

Ti/IrO2-Ta2O5阳极电催化氧化法处理含酚废水

采用新型的钛基金属氧化物涂层电极(Ti/IrO2–Ta2O5)作为阳极,石墨作为阴极对含酚模拟废水进行电催化氧化降解实验。当电解条件为电压U=9.0V;电流I=2.5A;板间距d=3.0cm;电解质NaCl浓度20.0g·L-1,初始pH=7.0时,初始浓度为1000mg·L-1苯酚模拟废水电解90min后,处理效果较理想,其中电流和电解质浓度为主要影响因子。Ti/IrO2–Ta2O5阳极电催化氧化降解苯酚的过程符合一级反应动力学。     

基底材质对于BDD电极电解含溴水时溴酸盐生成的影响

以市售常见的3种不同基底BDD电极(Ta/BDD、Nb/BDD、Si/BDD)为阳极构建电化学氧化体系,分别采用XRD、SEM实验对3种电极的薄膜晶体组分和表面形态进行考察;采用循环伏安实验(CV)和计时电量实验(CC)方法对3种电极在含溴(Br~-)化物溶液体系中的电化学行为进行表征;分别采用水杨酸(SA)和2,6-二氯靛酚钠(DCIP)作为探针物质,分别对主要的电生活性物质羟基自由基(·OH)和超氧自由基(·O~-_2)产率进行捕获测定;利用电解模拟含Br~-水实验,考察初始Br~-浓度、电流密度和pH等实验条件对3种电极作用下Br~-转化反应速率的影响。结果表明,采用相同气相沉积工艺制备的3种电极,基底元素与C元素均通过相互熔合的方式向薄膜中引入了合金成分,这些成分的电阻率影响了电极的电化学性质。由于薄膜成分的不同,使得3种电极的电势窗口、反应电子数n及表面余量Γ_0等电化学特性表现出一定的差异,其中电势窗口和n均表现为Ta/BDD电极最大,而3种电极的Γ_0值差异相对不显著。BDD电生自由基以·OH为主,其数量较·O~-_2多;3种电极电生速率高低依次为Ta/BDDNb/BDDSi/BDD电极。不同操作条件下电解含Br~-水实验发现,Ta/BDD电极与其他两电极相比有更强的氧化性,可能更易促使Br~-向高价态转化。     

热分解法制备Ti/IrO2-RuO2电极及灿烂甲酚蓝废水降解

利用热分解法制备Ti/IrO_2-RuO_2电极,通过SEM和XRD等测试手段对其进行形貌和结构表征。以该电极为阳极处理苯系染料废水灿烂甲酚蓝(BCB),考察了电解电压、电解质Na_2SO_4浓度、电极间距、反应温度和电解时间对BCB废水COD去除率和降解率的影响。结果表明:在电解电压为3. 0 V、电解质Na_2SO_4浓度为6. 0 g/L、电极间距为3 cm、反应温度为50℃、电解120 min时,BCB废水的COD去除率为78. 4%,BCB降解率为77. 1%。     

基于大面积BDD电极的废水降解研究

采用HFCVD方法制作了大面积Ti衬底掺硼金刚石(BDD)电极,并通过SEM、Raman等手段对BDD涂层形貌和质量进行了表征。以模拟苯酚废水作为研究对象,考察大面积BDD电极作为阳极材料的电化学方法对难降解酚类物质的降解速率和效果,主要研究了电流密度、槽压、电极间距、溶液pH值等因素对降解效果的影响,通过检测废水CODCr浓度的变化来探究不同试验条件下BDD电极对苯酚模拟废水的处理效果。结果表明,当电流密度在40~100 mA/cm~2、槽压为8~10 V、电极间距为10 mm、以及弱酸条件下对苯酚废水的处理效果最好。     

电化学方法处理分散红染料废水的研究

采用钛棒作为阳极,钛棒为阴极,对分散红模拟染料废水进行了实验研究,探讨了电解时间、电解质浓度、电流密度以及进水浓度对分散红脱色效率的影响。结果表明:增加电流密度,提高电解质浓度,延长反应时间有利于分散红色度的脱除,对于含有100 mg/L的分散红溶液,电解质Na Cl的质量浓度为20.0 g/L,电流密度为2.5 A/dm2,电解时间25 min,溶液的脱色率达到96.09%。     

掺硼金刚石薄膜电极电催化降解染料废水的研究

通过测试新型掺硼金刚石薄膜电极的电化学性质,发现掺硼金刚石薄膜电极具有较高的析氢析氧过电位,有效地抑制了析氧副反应,具有较高的催化氧化效率。在研究活性艳红模拟染料废水在该电极上的催化降解过程中,考察了不同工艺条件:活性炭投加、电解质、电流密度、pH值和染料废水的初始浓度对染料降解脱除的影响。实验结果表明:在酸性介质中,投加一定量的活性炭和2gL-1硫酸钠电解质,选用电流密度为0.08Acm-2,来处理高浓度染料废水色度去除率可达到99%。由染料废水处理前后的紫外可见光谱表明电解不仅破坏了染料分子中的偶氮共轭发色基团,达到去色的目的,还可以断裂其他难降解小分子基团。     

低电流密度下不同材质阳极电解生成过硫酸盐研究

以Si/BDD(Boron-doped diamond)、Ti/Sn O₂、Ti/Pb O₂、Ti/Pt 4种常见电极为阳极,考察其在电解Na₂SO₄生成过硫酸盐(PDS)过程中的电化学行为,以及低电流密度条件下电解质浓度,电流密度和PDS、H₂SO₄、NH₄SCN的投加对电解法制备PDS的影响。结果表明：在低电流密度条件下,生成PDS的主要途径是通过阳极电解水产生·OH来介导SO₄^2-的氧化;相同反应条件下,4种阳极中Si/BDD阳极电解体系对PDS的生成效果最佳,以Si/BDD电极为阳极,在Na₂SO₄浓度0.9 mol/L、电流密度60 m A/cm²条件下,电解60 min时生成的PDS浓度为24.12 mmol/L;提高电解质浓度和电流密度可以提高电流效率和PDS产量,向电解质中添加Na₂S     

电化学方法处理酸性艳兰6B染料废水的研究

采用钛网作为阳极,钛网为阴极,对酸性艳兰6B模拟染料废水进行了实验研究,探讨了电解时间、电解质浓度、电流密度以及进水浓度对酸性艳兰6B脱色效率的影响。结果表明:增加电流密度,提高电解质浓度,延长反应时间有利于酸性艳兰6B色度的脱除,对于含有100 mg/L的酸性艳兰6B溶液,电解质NaCl的质量浓度为20.0 g/L,电流密度为2.5 A/dm2,电解时间25 min,溶液的脱色率达到93.75%。     

支持电解质对酸性大红染料废水电解的影响

通过静态试验对比研究了模拟酸性大红3R染料废水在NaCl和Na2SO4体系中的电化学氧化过程,考察了电流密度、电解质浓度和初始pH对色度去除效果的影响,比较了两种电解质对染料废水的处理效果。结果表明,在不同支持电解质体系中,电流密度、电解质浓度和初始pH对染料废水脱色作用的影响具有基本相同的规律;在不同支持电解质体系中,染料废水降解效果差别很大,以NaCl为支持电解质时的脱色率明显高于以Na2SO4作为支持电解质。     

新型多孔Ti/BDD薄膜电极电化学氧化降解低浓度茜素红

运用热丝化学气相沉积（HFCVD）的方法制备了以多孔钛为基体的掺杂硼金刚石（porous Ti/BDD）薄膜电极,并测试了它的主要物理性质,SEM表明金刚石相生长良好并且能均匀地分布在基体表面和孔内,Raman光谱表明电极的金刚石相纯而且质量很高。采用循环伏安法研究了酸性条件下茜素红在多孔Ti/BDD电极上的电氧化行为。通过改变阳极电流密度、支持电解质Na2SO4的浓度来研究茜素红在多孔Ti/BDD电极上的电化学氧化降解的效果影响。结果表明：电流密度40 mA/cm2、支持电解质浓度0.5 mol/L为较理想的工艺参数,总电流效率达到30.2%。在相同条件下,发现多孔Ti/BDD薄膜电极氧化降解茜素红与平板Ti/BDD薄膜电极相比具有更高的电流效率。紫外可见光光谱证实了多孔Ti/BDD电极能够有效地电氧化降解茜素红。     

钛基修饰氧化物电极降解敌百虫的研究

采用高温热氧化法制备了具有较高的电催化活性和良好稳定性的钛基锡锑铅氧化物电极,以有机磷农药敌百虫为目标有机物,考察了电压、电解质加入量、pH值、电解时间等因素对敌百虫降解率和溶液COD的影响.在外加电压为9 V,电解质硫酸钠的质量浓度0.1 mol/L,pH=6,电解100 mg/L的敌百虫模拟废水,2.0 h降解率为87.54%,3.0 h降解率为95.60%,此时溶液的COD去除率达72.58%.     

疏水性二氧化铅电极的镀制及强化寿命研究

研究了钛和陶瓷基体上电镀疏水性 Pb O2 电极的工艺 ,测试了电镀工艺中电解液组分 HF、聚四氟乙烯乳液、Cu( NO3 ) 2 、Fe( NO3 ) 3 、Mn( NO3 ) 2 、HNO3 ,以及温度、电流密度、电流波形对电镀所得的 Pb O2 电极寿命的影响。研究发现 ,陶瓷基体 Pb O2 电极具有较好的性能 ,在 9mol/L H2 SO4溶液中 ,1 0 0 A/dm2 的电流密度下连续电解 ,寿命可达 1 30 0 h以上。     

超级电容器电极材料二氧化锰的合成和性能研究

高锰酸钾和硫酸锰混合液,在高压反应釜内通过不同的水热时间合成了纳米级α-二氧化锰。借助X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和比表面积（BET法）分析手段,对样品的结构和性能进行了表征。研究结果表明：水热时间为9 h的样品,扫描电镜检测结果显示,合成的粉体是纳米粉体,粒径为50～60 nm;X射线衍射检测结果表明,合成的粉体为α-二氧化锰;合成粉体的比表面积达到53.66 m2/g。以该二氧化锰为工作电极、饱和甘汞电极（SCE）为参比电极、铂丝电极为辅助电极的三电极体系中,以1 mol/L的硫酸钠溶液为电解液,通过循环伏安和计时电位法研究电化学行为,结果表明：在电位窗口为0～0.8 V（相对于饱和甘汞电极）、扫描速度为2 mV/s时,其比电容达到76 F/g,循环伏安曲线接近于矩形。     

三维电极电催化技术处理没食子酸生产废水的应用研究

没食子酸的生产废水是一类难处理的制药工业废水,其特点是强酸性(pH 1~2)、高色度及高COD(1~3万mg/L)。采用自制的活性炭三维电极电化学反应器对没食子酸生产废水进行电催化处理实验研究,以COD为特征污染因子,从而确定相对较优条件。结果表明,在确定粒子电极投加量为30 g,电极极板间距为2 cm时,当支持电解质Na2SO4浓度c=0.10 mol/L,电压12 V,电流44 A,停留时间60 min,初始pH为8条件时,该类没食子酸生产废水COD去除可高达86.3%,为后期该类废水生化处理提供必要的条件。     

阴极电Fenton法处理模拟偶氮染料废水影响因素的研究

对阴极电Fenton法降解含甲基橙的模拟偶氮染料废水进行了试验研究.采用石墨作阴、阳极,考察了槽电压、电解质浓度、亚铁离子浓度等因素对甲基橙降解率的影响.结果表明,当槽电压为5V、Na_2SO_4和Fe~(2+)的浓度分别为14.08mmol·L~(-1)和0.27mmol·L~(-1)时,反应90min后甲基橙溶液的脱色降解率可达98%以上,符合1级反应动力学.     

Ti3SiC2陶瓷粉末的制备

新型层状陶瓷材料Ti3SiC2集金属和陶瓷的优良性能于一身,如良好的导电导热性、耐氧化、耐热震、高弹性模量、高断裂韧性等,在高温结构陶瓷、电刷和电极材料、可加工陶瓷材料、自润滑材料等领域有着广泛的应用前景。本文综合介绍了Ti3SiC2粉末制备的研究进展。此外,作者以Ti／Si／C／Al元素粉为原料,采用无压烧结的方法制备出纯度较高的Ti3SiC2陶瓷粉末,为Ti3SiC2基复合材料的发展开辟了一条新途径。     

Ti/CeO_2-PTFE-PbO_2电极的制备及其电催化氧化性能

采用热分解-电镀法制备了聚四氟乙烯(PTFE)掺杂PbO2电极(Ti/PTFE-PbO2)和PTFE、CeO2共掺杂PbO2电极(Ti/CeO2-PTFE-PbO2),考察了电流密度、温度、搅拌速率、CeO2浓度等工艺条件对电极寿命的影响。对Ti/CeO2-PTFE-PbO2的电催化氧化性能进行了初步研究。结果表明,在电流密度为30mA.cm-2、温度80℃、搅拌速率为1300r.min-1和CeO2为3g.L-1等较优条件下,Ti/CeO2-PTFE-PbO2电极在9mol.L-1H2SO4溶液中的强化电解寿命(1A.cm-2)达983h。SEM和EDX的分析结果表明,PTFE、CeO2共掺杂使得Ti/CeO2-PTFE-PbO2表面的晶粒排布更均匀致密,电解过程镀层的铅氧计量比也具有较高的稳定性。由于具有更高的析氧电位,与Ti/PTFE-PbO2电极相比,Ti/CeO2-PTFE-PbO2电极对对氯苯酚的降解显示了更好的电催化活性。     

Electrochemical degradation of Ibuprofen on Ti/Pt/PbO2 and Si/BDD electrodes

The electrochemical oxidation of Ibuprofen (Ibu) was performed using a Ti/Pt/PbO₂ electrode as the anode, prepared according to literature, and a boron doped diamond (BDD) electrode, commercially available at Adamant Technologies. Tests were performed with model solutions of Ibu, with concentrations ranging from 0.22 to 1.75 mM for the Ti/Pt/PbO₂ electrode and 1.75 mM for the BDD electrode, using 0.035 M Na₂SO₄ as the electrolyte, in a batch cell, at different current densities (10, 20 and 30 mA cm⁻²). Absorbance measurements, Chemical Oxygen Demand (COD) and Total Organic Carbon (TOC) tests were conducted for all samples. The results have shown a very good degradation of Ibu, with COD removals between 60 and 95% and TOC removals varying from 48 to 92%, in 6 h experiments, with higher values obtained with the BDD electrode. General Current Efficiency and Mineralization Current Efficiency, determined for both electrodes, show a similar behaviour for 20 mA cm⁻² but a very different one at 30 mA cm⁻². The combustion efficiency was also determined for both anodes, and found to be slightly higher with BDD at lower current density and equal to 100% for both anodes at 30 mA cm⁻².     

废液焚烧余热锅炉灰渣沉积机理分析

研究了取自某炼化公司废液焚烧余热锅炉不同部位换热面的多个沉积样品,分析了不同部位换热面沉积生长物的组分与沉积机理。利用X射线衍射分析仪（XRD）、扫描式电子显微镜（SEM）以及能量弥散X射线探测器（EDX）分别来鉴定样品的结晶物成分、形貌以及元素组成,各个样品的灰熔融特征温度在智能灰熔点测试仪上测定。结果表明,余热锅炉高温入口段主要沉积物为Na2SO4、NiO、Fe2.3Si0.7O4等,炉膛中低温区域主要出现Na2Ni(SO4)2?4H2O、Na3Fe(SO4)3及 Na6Fe(SO4)4等物质沉积。这主要是由于硫酸钠与受热面管壁氧化保护层（Fe2O3）发生高温腐蚀引起的。