Ti/IrO2-Ta2O5阳极催化降解鲁奇炉煤气化废水工艺的优化及动力学研究

针对鲁奇炉煤气化废水中酚类污染物难降解而无法满足生化处理的难题,采用热化学法制备钛铱钽催化电极(Ti/IrO2-Ta2O5),并将其作为阳极对鲁奇炉煤气化废水进行电催化降解。结果表明,当电流密度为50 m A/cm2、NaCl质量浓度为9.5 g/L、pH为4、降解时间为180 min时,苯酚和COD的去除率较高,分别可达92%和48%。废水色度极大降低,BOD/COD提高至0.42,降解后的废水可满足生化处理要求。动力学研究表明,废水降解过程符合表观一级反应的动力学规律。

Ti基IrO_2+Ta_2O_5涂层阳极的析氧电催化活性

通过极化曲线与电化学阻抗谱测试研究了Ｔｉ基ＩｒＯ２＋Ｔａ２Ｏ５阳极的析氧电催化活性．结果表明， ＩｒＯ２含量为７０％（摩尔分数）时，混合氧化物阳极表面具有最高的析氧活性．这缘于该成分含量阳极中活性组元ＩｒＯ２的真实表面浓度达到最大；而且，由于表面析出晶粒的最细化，在析氧电位下受析出氧气的冲击，该成分阳极表面的活性点数目得到最大程度的提高．由此提出决定氧化物阳极析氧电催化活性的热力学及动力学判据．

Ti基IrO_2+Ta_2O_5阳极在H_2SO_4溶液中的电解时效行为

研究了450℃制备所得Ti/70%IrO2-30%Ta2O5(摩尔分数)高寿命阳极在H2SO4溶液电解过程中电极的物理、化学及电化学性能的时效行为.结果发现,整个电解过程可分为“活化”、“稳定”及“失效”三个阶段.在“活化”及“稳定”区内主要发生电极表面活性氧化物的溶解,涂层中IrO2金红石相的(110)、(101)晶面择优取向随电解时间延长而减弱,而(002)晶面择优增强.但是在“失效区”内,各晶面的择优程度却不随电解时间的变化而变化,这表明在“失效区”内氧化物的损失机制发生了变化.电化学阻抗谱测试表明,电极的析氧电化学反应电阻随电解时间的延长发生缓慢而连续的上升,而整个电极的物理阻抗在“失效区”内却发生突升现象.X射线衍射分析(XRD)表明,随电解时间的延长TiO2金红石相的衍射强度增大,达“失效区”时衍射强度发生突升.根据实验现象特别是“失效区”内阳极的时效行为提出高寿命Ti基氧化物涂层阳极的失效机制.

TiN基IrO_2+Ta_2O_5涂层电催化性能研究

采用热分解法制备了一种以离子镀TiN膜为基体的IrO2+Ta2O5涂层电极,通过极化曲线、循环伏安、电化学阻抗谱等电化学方法并结合扫描电镜、X射线能谱和X射线衍射研究了涂层的析氧电催化活性,并对460℃制备的涂层进行强化寿命实验。结果表明:涂层呈多孔、多裂纹的显微结构和多层电化学结构;制备温度对涂层表面形貌和电催化活性影响很大;该涂层阳极在保持了高电催化活性的同时,其使用寿命高于传统Ti基阳极,说明TiN作为此类催化电极的载体是可行的。

添加纳米IrO_2的新型涂层IrO_2-Ta_2O_5钛阳极的制备及性能

以纳米IrO2晶粒部分取代H2IrCl6分散于前躯体溶液中,以此改进工艺制备一种Ir和Ta的摩尔比为7-3的IrO2-Ta2O5涂层钛阳极,通过XRD和SEM分析所制备钛阳极表面涂层的物相组成和形貌特征,采用析O2极化曲线、循环伏安和强化寿命测试方法分别研究电极的电催化性能与稳定性。结果表明:在纳米种子嵌入电极涂层中存在的物相分别为IrO2基固溶体(Ir,Ta)O2和IrO2;与采用传统方法制备的电极相比,含纳米种子嵌入结构涂层的钛阳极具有更优越的电催化活性和耐蚀性。

Ti/IrO_2-Ta_2O_5-SnO_2纳米氧化物阳极的研究

采用Pechini方法制备不同Sn含量的Ti/IrO2-Ta2O5-SnO2纳米氧化物阳极,并运用SEM、EDX、XRD等分析手段和析氧电位、循环伏安、强化电解等方法对阳极的表面形貌、微观结构和电化学性能进行研究。结果表明,制备的氧化物涂层由(IrSn)O2固溶体和非晶态的Ta2O5构成,组成与名义成分基本一致。随着Sn含量的增加,氧化物涂层表面裂纹增多。Sn的加入使Ti/IrO2-Ta2O5-SnO2氧化物阳极的析氧电位升高,稳定性降低。

含TiN中间层IrO_2-Ta_2O_5涂层钛阳极的电催化性能

采用钛片在氮气中700℃退火的方法,在钛片表面原位生成TiN薄膜,并以此为基体采用热分解法制备IrO2-Ta2O5涂层钛阳极。研究含TiN中间层IrO2-Ta2O5涂层钛阳极及传统IrO2-Ta2O5涂层钛阳极的开路电位、析氧行为、循环伏安和电化学阻抗等性能。结果表明:含TiN中间层IrO2-Ta2O5涂层钛阳极具有非连续状裂纹结构,且表面生长出大量IrO2纳米晶体,其电催化析氧性能优于传统IrO2-Ta2O5涂层钛阳极的电催化析氧性能;涂层烧结温度越低,电化学性能越好;当烧结温度低于500℃时,TiN中间层可以显著延长IrO2-Ta2O5涂层钛阳极的工作寿命。

Ti/IrO_2-Ta_2O_5阳极的制备及其析氧电催化性能研究

通过热氧化技术在500℃条件下制备了一系列Ti/IrO2-Ta2O5阳极。采用线性扫描和循环伏安技术分析了不同铱钽比阳极涂层的析氧电流、电位和伏安电荷的变化规律,并结合扫描电镜(SEM)及X射线衍射(XRD)技术研究了Ti/IrO2-Ta2O5阳极的表面形貌、组成、结构对析氧电催化性能的影响。研究表明,在IrO2-Ta2O5涂层中,铱钽由于存在一定的互溶度而形成固溶体结构,铱钽互溶度与涂层中铱钽比有关且影响IrO2晶胞的大小。随着涂层组元IrO2含量的增加,涂层表面细小的IrO2晶体聚集体增多,析氧电催化活性增强;但当IrO2含量过多时,涂层附着力的下降和机械强度的降低对析氧电催化性能产生负面影响。IrO2-Ta2O5涂层的活性表面积不仅取决于活性组元IrO2的含量,还与涂层的结构有关,适宜的铱钽比才具有最大的催化活性。其原因可能在于涂层中加入的适量惰性元素钽与IrO2晶胞形成部分固溶体结构,增强了涂层附着力与机械强度,同时形成了多裂纹的网状表面结构,增加了涂层活性表面积,提高了电极的析氧电催化活性与电解稳定性。

铱涂覆量对IrO_2-Ta_2O_5钛阳极性能的影响

测试了不同铱涂覆量的IrO2-Ta2O5钛阳极的表面形貌、强化寿命及析氧极化曲线。结果表明:铱涂覆量5 g/m2和10 g/m2的涂层形貌呈无规则粉状堆积;铱涂覆量达到20 g/m2时,涂层表面出现了枝状结构;铱涂覆量达到30 g/m2时,这种枝状结构已经很明显。IrO2-Ta2O5钛阳极涂层中铱涂覆量在5～30 g/m2范围内,随铱涂覆量的增加,阳极强化寿命增加得较快;当铱涂覆量超过30 g/m2,随铱涂覆量的增加,阳极强化寿命增幅减小。铱涂覆量对IrO2-Ta2O5钛阳极析氧的电催化活性影响不大。

IrO_2+Ta_2O_5系钛基改性涂层阳极和失效特点

研究了Ti/(IrO2+Ta2O5)涂层阳极钛基表面不同改性条件下的表面形貌,截面扫描和界面元素分布,电解强化寿命和失效机理。结果表明,钛基体表面改性对涂层表面形貌没有根本性影响,表面改性的涂层阳极在槽电压-电解时间曲线上具有很长的平台期,显示出很好的强化寿命,平台期的主要失效特点在于涂层的电化学溶解,溶解从“龟裂”处始发,并且逐层进行。

La掺杂的SnO_2-Sb中间层对钛基IrO_2+Ta_2O_5电极性能的影响

目的改善Ti/IrO_2+Ta_2O_5涂层电极的析氧电催化性能。方法用热分解法在钛基材上制备了La掺杂的SnO_2-Sb中间层,并以此作为基体涂覆IrO_2+Ta_2O_5活性层,制备了Ti/SnO_2-Sb-La/IrO_2+Ta_2O_5涂层电极。采用扫描电子显微镜(SEM)、能量散射能谱(EDS)及X-射线衍射光谱(XRD)技术分别分析了中间层和活性层的表面形貌、元素组成及晶相结构。采用线性扫描伏安曲线(LSV)和强化寿命测试方法在硫酸溶液中分别研究了Ti/SnO_2-Sb-La/IrO_2+Ta_2O_5涂层电极的析氧电催化活性和使用稳定性。同时,考察了La的掺杂比例对Ti/SnO_2-Sb-La/IrO_2+Ta_2O_5电极强化寿命的影响。结果相对未掺杂La的中间层,掺杂La后的中间层表面裂纹减少,有更高的析氧过电位和更低的析氧电流密度。La掺杂对活性层的表面形貌和晶相结构基本没有影响,但电极的析氧电流密度有所提高。通过测试不同La掺杂比例涂层电极的强化寿命,发现La最佳掺杂比例为nLa:nSn=0.5:100。和未掺杂La涂层相比,La最佳掺杂比例涂层电极的强化寿命提高了22.8%。结论相对于未掺杂的Ti/SnO_2-Sb/IrO_2+Ta_2O_5电极,La掺杂后的Ti/SnO_2-Sb-La/IrO_2+Ta_2O_5涂层电极析氧电催化活性和强化寿命都得到改善。

Ti基氮化处理对IrO_2-Ta_2O_5涂层阳极服役性能的影响

采用热分解法制备钛基IrO2-Ta2O5涂层阳极,钛基体经喷砂和酸蚀处理后分别在550、600、650、700和750℃下的高纯氮气气氛下进行氮化处理,研究钛基体氮化处理对IrO2-Ta2O5涂层钛阳极寿命和电催化活性的影响。结果表明:经550℃氮化处理时,钛基体表面酸蚀产生的TiH2未大量分解,同时生成钛的氮化物,表面形成一层氢化物和氮化物膜,有利于IrO2的成核和晶粒细化,IrO2-Ta2O5涂层具有多孔性特征,且电极表面析出的活性物质IrO2晶粒尺寸更小、分布更均匀,平均晶粒尺寸小于20 nm,具有较佳的电催化活性和较长的寿命,加速寿命和伏安电荷值分别达到1 066 h和68.4 mC/cm2。

添加Sn制备三元IrO_2-Ta_2O_5-SnO_2/Ti涂层(英文)

通过热分解法制备了含不同摩尔比SnO2的IrO2-Ta2O5-SnO2/Ti涂层。采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析和测试了所获涂层的晶体结构和表面形貌特征;通过强化寿命试验测试其耐腐蚀性能。结果表明涂层中出现固溶体、表面形貌呈密实结构有助于涂层耐腐蚀性能的提高。添加SnO2含量较高时可导致涂层中析出SnO2,并降低涂层耐腐蚀性能。

IrO_2/Ta_2O_5-石墨电Fenton降解对硝基酚的研究

采用最高的电化学稳定性钛基镀IrO2/Ta2O5为阳极,以石墨为阴极,通过外加Fe2+,构成一种新的高效电Fenton体系对难降解有机物对硝基酚(4NP)废水进行了降解研究。在最佳工艺条件:恒电流0.3A,Na2SO4浓度3g/L,Fe2+浓度为1mmoL/L,曝气量40mL/min,初始pH为5.30对100mg/L的4NP电解2h,COD去除率达84%。并且钛基镀IrO2/Ta2O5阳极相对于目前常用的Pt、PbO2等阳极具有特有的优势,为废水处理中选择新型阳极材料和新的反应体系提供了新思路。

涂层IrO_2+Ta_2O_5钛阳极在析氧过程中的形貌和成分变化

作者用热分解法制备钛基IrO2+Ta2O5涂层阳极,涂层制备态在373K马弗炉中长时间时效处理,然后在0.5mol/LH2SO4介质中、4A.cm-2电流密度下进行强化寿命试验。用自带能谱仪(EDS)的场发射高分辩电子扫描显微镜(SE-SEM)和X射线衍射仪(XRD)进行电解前后的表面形貌和成分分析。研究结果显示涂层制备态在373K马弗炉中长时间时效处理时,金红石IrO2织构优先生长且晶面间距随时效时间延长而增加;电解过程中涂层的失效过程为:气体氧对涂层界面的冲刷造成涂层逐层腐蚀消耗,接着涂层产生裂纹和扩展,导致涂层剥落;化学成分方面,涂层氧化铱优先消耗和氧化钛逐步积累。

苯酚在Ti/IrO_2-Ta_2O_5电极上的电化学反应

采用循环伏安法研究了苯酚在Ti/IrO_2-Ta_2O_5电极上的电化学反应行为,通过高效液相色谱(HPLC)、总有机碳(TOC)测定仪、化学需氧量(COD)消解装置研究了该电极降解苯酚的效能。结果表明:苯酚在Ti/Ir O2-Ta2O5电极上的电化学反应主要发生在析氧反应区,而较高浓度苯酚可发生少量的不可逆的直接电化学氧化反应。在支持电解质浓度为5 g·L^(-1)、苯酚初始浓度100 mg·L^(-1)时,可获得较大的氧化峰电流和较高的电荷利用率。在苯酚初始浓度100 mg·L^(-1),电解质浓度5 g·L^(-1),反应时间120min,电流40 m A的适宜操作条件下,苯酚、COD、TOC去除率和平均电流效率(ACE)可分别达82%、49%、39%和24.5%。

IrO_2/多孔钛电极的制备及其电化学性能的研究

采用刷涂-热分解的方法在多孔钛基体上获得了纳米线阵列的IrO2涂层电极。FESEM和XRD表征研究表明,在多孔钛基体表面上的IrO2涂层绝大多数为IrO2纳米线,其中纳米线的直径在50 nm左右;而在多孔钛基体截面上的涂层,全部由纳米线阵列组成,纳米线的直径与表面上的相差不大。在多孔钛基体上所获得的IrO2纳米线阵列涂层,活性氧化物的表面积有极大的提高,使其与氧气的接触面积有显著增大,因此循环伏安测试获得了很明显的氧化还原峰。强化寿命测试发现,IrO2/多孔钛电极的寿命为42天。电分析测试表明,IrO2纳米线阵列涂层电极的电流效率可达95%以上。

Ti/IrO_2-Ta_2O_5阳极载量与析氧电催化性能研究

采用Pechini法制得Ti/IrO2-Ta2O5氧化物阳极,研究了涂层载量对Ti/IrO2-Ta2O5阳极微观结构和析氧电催化性能的影响.SEM、EDX、极化曲线、循环伏安及强化电解试验等测试结果表明:涂层载量增加,涂层裂缝变窄变浅,且IrO2晶粒偏析趋于增强;同时也提高了阳极析氧电催化活性,增大阳极活性表面积及延长阳极使用寿命;强化电解寿命与Ir涂覆量(1.98～9.08g/m2)基本呈线性递增关系.

形稳阳极Ti/IrO_2-Ta_2O_5电Fenton法催化降解含酚废水

针对电芬顿(Fenton)降解含酚废水时,铁阳极Fe易溶解从而影响降解效率的问题,采用形稳阳极Ti/IrO_2-Ta_2O_5进行电Fenton降解含酚废水的研究。采用高效液相去谱法推测了Ti/IrO_2-Ta_2O_5阳极和Fe阳极电Fenton降解苯酚的中间产物和降解过程。结果表明,FeSO_4·7H_2O投加量0.1 g·L^(-1),H_2O_2投加量2.94 mmol·L^(-1),初始pH值3.5,电压5.0 V,降解时间2 min,苯酚和化学需氧量(COD)去除率分别达94.14%和40.74%。在相同初始pH值、电压和降解时间下,使用铁阳极,苯酚和COD的去除率分别为40.74%和26.41%。相比Fe阳极电Fenton过程,Ti/IrO_2-Ta_2O_5阳极电Fenton过程降解废水时具有H_2O_2投加量少、降解时间短、电解电压低,并且耗酸量少、处理效果好、电极不易溶解的优点。Ti/IrO_2-Ta_2O_5阳极和Fe阳极电Fenton降解苯酚的过程是相同的,但在相同降解时间内,Ti/IrO_2-Ta_2O_5阳极电Fenton法降解含酚废水效率较高,这是由于Ti/IrO_2-Ta_2O_5阳极电催化反应与Fenton反应形成协同效应,协同降解废水的效率大于单独Fe阳极Fenton反应降解废水的效率。

IrO_2·Ta_2O_5涂层钛电极电化学性能的研究

与PbAg电极、RuTi涂层电极相比,IrTa涂层钛电极析氧电极电位较低,电催化活性高.测量析氧 电极电位时,用汞-硫酸亚汞电极(MSE)作参比电极,可避免溶液不同带来的测量误差.IrTa涂层钛电极 适合在较高槽电压下电解运转.