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目前在电催化氧化法处理难降解有机物的过程中,难点集中于处理效率低和电极稳定性差。DSA电极的催化活性主要来自氧化物涂层,其中涂层的结构、元素组成和制备方法是催化过程中的关键。研制综合性能良好的DSA阳极材料一直是该领域的热点。
1.本实验采用涂覆热分解法,通过对Ti板极板进行预处理,以SnCl4·5H2O、CrCI3·6H2O、和CoCI2·6H2O等为原料,制备了4种不同的DSA涂层电极(Ti/SnO2、Ti/Cr2O3、Ti/Cr/SnO2和Ti/Co/SnO2)。与未涂覆的钛极板相比,具有如下特点:①表面晶体颗粒饱满,分布致密,覆盖度较好,粒径均匀。②对废水特征官能团(如芳香烃、苯环和C-O等)的降解效果显著。③氨氮和COD的去除率提高了20%~40%。④电极寿命与未经过涂覆的钛基体相比提高了约50%~112.7%。
2.电极催化性能受内、外因素影响。内在因素包括涂层结构、电势能和热稳定性。涂层结构越紧密、电势能越高,催化性能越高;外在因素包括电极间距、电流密度和催化时间。一定范围内,电极间距越小,电流密度越大,催化性能越高;随着催化时间积累,电极会因为表面涂层剥落而逐渐丧失催化活性。
3.表面涂层结构、元素热稳定性和电流密度是影响电极寿命的三个关键因素。涂层越均匀致密,裂隙越少,电极寿命越长;涂层中元素热稳定性越高,电极在催化过程中越不易被腐蚀;电流密度越低,电极表面产生的热量差越小,能延缓膨胀应力引起的电极破坏。相比之下,Ti/Co/SnO2电极测试寿命最长(59h);Ti/SnO2电极因表面的大量裂隙导致电极寿命缩短(39h)。
4.涂覆后的电极表面泥状裂纹是金属氧化物电极的典型特征。裂隙增大了电极的接触比表面积和电极活性点,有利于提高催化活性。但催化过程中的氧可能渗透到涂层与钛基体的结合部位,导致涂层脱落,缩短电极寿命。