具有光、電催化活性的金屬氧化物的制備及其在COD測定中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，環(huán)境部門對環(huán)境監(jiān)測力度不斷加大，其中監(jiān)測設(shè)備的高科技化是現(xiàn)代化監(jiān)測的標(biāo)志。水質(zhì)污染是環(huán)境污染的一大方面，污水能否達(dá)標(biāo)排放由污水的污染指數(shù)決定，其中最重要的指標(biāo)是污水的COD值。COD是指在一定條件下，水體中有機(jī)物或其他還原性物質(zhì)被強(qiáng)氧化劑氧化所消耗的氧化劑所對應(yīng)的氧的物質(zhì)濃度。測定過程中有機(jī)物或其他還原性物質(zhì)的氧化程度決定了測定COD結(jié)果的準(zhǔn)確程度。具有光、電催化活性的金屬氧化物在電或光激發(fā)下，能產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性

2、的含氧自由基(如羥基自由基)等一類強(qiáng)氧化劑，可將水中污染物完全電催化或光催化降解為水和二氧化碳。利用此原理可望實(shí)現(xiàn)對有機(jī)污染物的快速、實(shí)時監(jiān)測，為環(huán)境污染物的監(jiān)測提供一種全新的理念和思路。 本論文制備并表征了一些具有光、電催化活性金屬氧化物，探討了金屬氧化物的光、電催化氧化有機(jī)物的機(jī)理，提出了一種利用具有光、電催化活性氧化物對有機(jī)物進(jìn)行光、電催化氧化降解，進(jìn)而對水體化學(xué)需氧量進(jìn)行測定的新方法。本方法主要是利用這些電極對水體中有機(jī)

3、物進(jìn)行光、電催化氧化，再通過測定反應(yīng)前后反應(yīng)體系中反應(yīng)物(或生成物)濃度的變化，或者光、電催化氧化有機(jī)物過程中收集到的信號(如電流)來對水體中有機(jī)物的含量進(jìn)行定量，從而對水體的化學(xué)需氧量進(jìn)行準(zhǔn)確地測定。所研究的方法具有靈敏度高、線性范圍寬，單樣分析時間短、操作簡單和環(huán)境友好等特點(diǎn)，且與COD標(biāo)準(zhǔn)分析法比對具有好的相關(guān)性，能夠?qū)崿F(xiàn)對污水COD的快速檢測，為水質(zhì)分析提供了有效的手段。 第一章本部分對具有光、電催化性質(zhì)的金屬氧化物材料

4、的發(fā)展，它門的光、電催化反應(yīng)機(jī)理和在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用，以及COD測定方法研究現(xiàn)狀等四個方面進(jìn)行了闡述，對當(dāng)前所研究領(lǐng)域的進(jìn)展作了詳細(xì)的概括和綜述。 第二章分別采用循環(huán)伏安掃描的方法和激光煅燒結(jié)合溶膠-凝膠法制備了F-PbO2修飾電極和納米TiO2膜。利用X-射線衍射(XRD)、原子力顯微鏡(AFM)和掃描電子顯微鏡(SEM)等分析手段對其進(jìn)行了表征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：對于PbO2，F(xiàn)的摻雜能改變PbO2晶粒的晶格取向，還能改善膜的牢固性

5、，細(xì)化晶體的大??；而對于TiO2，激光能量的增加可以使TiO2顆粒變小，能夠促進(jìn)無定形的TiO2晶化為銳鈦礦型的TiO2。 第三章本章內(nèi)容分為兩部分，分別討論了利用納米F-PbO2修飾電極和納米Ti/TiO2電極光、電催化氧化有機(jī)物的機(jī)理。在第一部分中，由于PbO2修飾電極的電催化氧化機(jī)理是水在電極表面分解產(chǎn)生氧化能力極強(qiáng)的含氧自由基，電極的催化氧化性能和電極表面催化吸附位點(diǎn)有關(guān)。而納米F-PbO2修飾電極表面有更多的活性位點(diǎn)，

6、能提高陽極水分解產(chǎn)生羥基自由基的速度，從而提高陽極氧轉(zhuǎn)換反應(yīng)的速率。所以納米PbO2修飾電極可以作為分析傳感器用于有機(jī)化合物的測定中。第二部分用Ti/TiO2電極對羅丹明B進(jìn)行了光電催化降解，通過對不同條件下降解情況的對比研究表明，光電催化降解可以更加高效、完全氧化有機(jī)物。通過對激光煅燒和馬孚爐燒結(jié)制得的Ti/TiO2電極光電催化降解羅丹明B過程的比較，結(jié)果表明，激光煅燒制得的電極的光電催化能力更強(qiáng)。 第四章本章分兩部分，分別提

7、出了利用具有電催化活性F-PbO2修飾電極和具有光催化活性的納米TiO2膜(負(fù)載于石英玻璃管)檢測COD的新方法，分別探討了用這兩種方法測定COD值的機(jī)理，并將這兩種方法應(yīng)用于實(shí)際水樣COD值的分析。結(jié)果表明，這兩種方法皆具有分析時間短，操作簡單，環(huán)境友好，無需昂貴和有毒藥品等優(yōu)點(diǎn)。這兩種方法與國家COD標(biāo)準(zhǔn)分析法的測定結(jié)果都具有好的相關(guān)性，應(yīng)用于實(shí)際水樣COD值的測定都能取得滿意的結(jié)果。因此，這兩種方法是有應(yīng)用前景的測定COD值的新方