目录
1 绪论 ................................................................................................................................................. 1
1.1 概论 ........................................................................................................................ 1 1.2环境中有机污染物的去除 .................................................................................... 2
1.2.1持久性有机污染物（Pops） ................................................................. 2 1.2.2酚类 ......................................................................................................... 2 1.2.3硝基苯类物质 ......................................................................................... 3 1.2.4海洋油田废水 ......................................................................................... 3 1.2.5高浓度渗滤液 ......................................................................................... 3
1.3 电化学催化氧化法去除有机污染物的作用机理 ................................................ 4
1.3.1电化学氧化 ............................................................................................. 4 1.3.2电气浮法 ................................................................................................. 4 1.3.3电凝聚法 ................................................................................................. 4
1.4钛基锡锑掺杂电极的制备方法 ............................................................................ 5
1.4.1喷雾热解法 ............................................................................................. 5 1.4.2氧化浸透涂层法 ..................................................................................... 5 1.4.3溶胶一凝胶法 ......................................................................................... 5
1.5应用现状 ................................................................................................................ 6
1.5.1电化学催化氧化技术应用现状 ............................................................. 6 1.5.2钛基涂层电极在废水处理中的应用 ..................................................... 6
2 钛基锡锑铁锌涂层电极的制备及性能研究 ................................................................................. 8
2.1 实验过程 ................................................................................................................ 8
2.1.1 溶胶·凝胶技术简介 ............................................................................... 8 2.1.2 原料、试剂及仪器 ................................................................................ 8 2.1.3 电极制备 ................................................................................................ 9
2. 2 实验结果分析 ..................................................................................................... 12
2.2.1电解电流与时间的关系 ....................................................................... 12 2.2.2 COD和色度去除率 ............................................................................. 13
III
2.2.3电流效率（ICE） ................................................................................ 15
3 结论 ............................................................................................................................................... 16 致谢 .................................................................................................................................................. 17 参考文献 .......................................................................................................................................... 18
IV
烟台大学毕业论文（设计）
1 绪论
1.1 概论
随着城市和现代工业的高速发展，环境污染问题尤其是工业水污染问题日益突出，渐渐成为威胁人类健康，生存与持续发展的主要问题。工业水污染中有来自化工行业的高浓度有机废水如含酚、有机磷的农药废水；含碱、盐、酸等高色度的印染颜料废水；含油、酚、溶剂等的涂料废水及城市垃圾所产生的高浓度渗滤液等的治理是现阶段国内外环境保护技术领域内亟待解决的一大难题。高浓度化工有机废水具有污染严重、危害大、降解困难等特点，单独使用一般的物理、化学和生物方法都难以满足其净化处理技术和经济上的要求。因此，开发经济高效的新技术用以处理这类污水成为目前研究的热点。电催化技术利用电极材料对电极表面所发生的电化学反应的增强促进作用而开发了新型电极材料，为世界各国电化学工业产业的发展提供了物质保障和工艺技术先导，与国民经济建设及能源建设息息相关，已经成为21世纪颇具有发展潜力的领域之一[1]。电化学氧化法比普通的物理化学方法氧化能力更强，可以节省更多的化学试剂，并且可以与多种水处理方法联合使用，早在二十世纪三、四十年代电化学氧化法就已成功应用于处理含有各种重金属离子的废水，并逐渐用于有机废水的处理，常用的电化学方法有氧化法，还原法，渗析法等。电化学方法具有适应性强，选择可控性强，流程简短，操作简单方便等优点，不过，电化学氧化方法处理难生化降解有机污染物也存在着自身的难题：虽然电化学催化氧化方法于难生化降解有机污染物有很好的分解、转化效果，但其过低的电流利用效率将会不可避免的消耗大量电能，进而提高了成本，降低经济性，并不适合实际中的大规模应用。而且如果有机污染物被降解生成的中间产物易吸附沉积在电极的表面，则会造成电极表面的活性接触部位减少，其催化氧化能力也会随之大幅度下降，从而引起有机物分解不彻底[2，4]。因此，开发性能良好的新型阳极材料是未来电化学催化氧化应用技术发展的重要指引，金属氧化物涂层是DSA电极的关键部分，DSA电极的活性主要来自氧化物涂层，金属钛是制备DSA电极的最常用的基底材料， 钛基涂层电极较之其他电极的主
1
烟台大学毕业论文（设计）
要优点:（1）电催化活性高，对反应的选择性强，副反应少（2）工作电位低，能耗少（3）制作方法简单，易于操作（4）钛基涂层电极价格低廉，耐腐蚀性强。目前钛基涂层电极正越来越多的在电化学工业生产中作为一种新型的阳极材料得到应用和推广[3]。 1.2环境中有机污染物的去除 1.2.1持久性有机污染物（Pops）
环境中存在的极为少量的持久性有机污染物（Pops）对人类的生存和身心健康构成了严重的威胁，但简单普通的污水处理技术不能很好地去除这类有机污染物，开发经济有效的方法去除这些污染物紧迫而重要。新型阳极材料具有电化学催化活性其表面表面金属涂层薄膜能起到催化、转化、沉积等多种功能，由此可保障持久性有机污染物（Pops）在其表面顺利催化氧化、分解或转化为易生化降解的中间物质，研究发现保持较高的阳极析氧电位可提高电流利用效率进而提高电氧化效果。在钛板上沉积一层微米级或亚微米级的掺杂金属膜，如：二氧化锡、二氧化铅等制备的稳定电极可以通过改变使用材料及其氧化膜涂层结构提高电极的析氧电位[5]。Comninellis等[19]制作的Ti/Pt复合电极处理苯酚废水时，去除率较之Fenton试剂提高近一倍。此外，还可以通过改变掺杂金属氧化膜的元素组成控制制备工艺条件而得到导电性、稳定性和催化性均良好的阳极。 1.2.2酚类
工业含酚废水污染严重、来源广范、危害很大，电化学氧化含酚废水其影响因素多而杂：酚类废水的初始摩尔量，废水的酸、碱度值，电解电压及电解液种类浓度等都影响着苯酚的有效去除。南开大学的周明华等[6]在电解电压为7V，电解液pH为2的条件下研究改性的β-PbO2阳极处理含酚模拟废水可是其COD值降至小于60mg·L-1，表明在30~45度范围内研究苯酚的去除率，此时温度因素可不予考虑。且由匡少平等的对比实验可知：掺杂金属元素铅的Ti-PbO2电极比单纯的Ti电极对苯酚的降解更彻底，效果更好[6]。此外，A.M.Polcaro等[20]探讨了在Ti/SnO2和Ti/PbO2阳极上的多氯苯酚的电化学催化氧化，以其在电解过程中的有毒有害中间产物的转化率、脱除率大小及电流利
2
烟台大学毕业论文（设计）
用效率为根据，得出Ti/SnO2电极对有害有机污染物的催化氧化能力更强，降解更彻底且其产物主要是易降解的乙二酸，工艺简单，无二次污染。 1.2.3硝基苯类物质
硝基苯类化合物不仅对环境和人体的危害性很大，而且还难以用普通的生物方法降解，然而，电化学方法催化处理此类污染物效果良好，具有重要意义。研究表明：以钛基涂层电极为阳极，以铜板为阴极，电解处理模拟硝基苯废水化学需氧量（COD）的去除率可达90%以上[7]。赵德明等[8]用电化学腐蚀法处理含有氟硝基苯的工业废水，通过电腐蚀将氟硝基苯转化为氨硝基苯形式从而提高了废水的可生化性，有效的去除了氟硝基苯的毒性和抑制性，得到较为理想的处理结果。 1.2.4海洋油田废水
在海面开采石油的时候，不可避免会产生一定量的含有有机污染物的废水，其中，绝大多数是苯系多环芳烃类化合物，并且有些对人类健康危害极大，必须妥善处理。广州的李海涛等[13,15]用电化学氧化法处理海洋油田的有机废水时，对电解工艺参数及工程控制问题进行了深入探讨。他用钛基釕锰锌钛多元涂层电极为阳极，钛板作为阴极，测得的电化学氧化指数为0.228，电化学消耗氧量是1794g/g。电化学氧化度约为75.3%，废水中的有机物几乎完全得到了消除[9]。 1.2.5高浓度渗滤液
随着工业化和城市化的飞速发展，各种高浓度渗滤液的无害化处理成为困
扰人们的一个世界性环境难题。垃圾渗滤液是种很难处理的高浓度有机废水，这种废水毒性很强、成分复杂，且氨氮、COD含量很高，可生化降解性很差。近年来，研究发现：电化学催化氧化技术对有毒有抑制作用的有机物具有较强的选择性，也可将其转化为易生化降解的中间物质，提高其可生化性。对此，我国也做了大量研究，其中，江南大学的李庭刚电化学实验得到的氨、氮去除率分别为100%和86%；褚衍洋等所研究的电化学催化氧化深度处理经生化降解后的垃圾渗滤液其去除率为57%，而氨的去除率则大于95%[10]。
3