立体多维电催化电极的制备及处理船舶压载水性能研究

采用电催化氧化的方法处理船舶压载水具有效率高、结构简单、安全可靠、不产生二次污染等特点。但是由于电催化电极结构和催化性能上的缺陷可能会导致一般电极在处理船舶压载水时只具有较低的催化氧化活性，因而显著降低其催化性能和处理效果。本研究将采用立体多维电催化电极对船舶压载水进行处理，即首先在钛基体上生长二氧化钛结晶薄膜，再在此薄膜上继续生长2～3层金属氧化物（含贵金属和稀土金属），制备出电催化性能较佳的立体多维电催化电极，通过对电极基体结构、金属氧化物及贵金属（稀土金属）氧化物活性组分、海水盐度、温度等对电极性能影响的研究，了解影响电极性能的主要因素及其机理，确定电极的组成、结构、制备方法及制备条件。为进一步提高电化学催化氧化处理压载水系统的性能奠定基础。

采用电催化氧化的方法处理船舶压载水具有效率高、结构简单、安全可靠、不产生二次污染等特点，但是由于电催化电极结构和催化性能上的缺陷可能会导致一般电极在处理船舶压载水时只具有较低的催化氧化活性，因而显著降低其催化性能和处理效果。本项目研究了分别以锡锑氧化物、锰氧化物和二氧化铅作为主催化剂的立体多维电催化电极，为提高电极的电催化性能及使用寿命，在电极的制备过程中采用溶胶凝胶、热分解、电化学沉积等多种方法进行优化，在对电极的结构设计过程中，采用添加钛氧化物中间层、锡锑氧化物中间层和贵金属氧化物中间层等方法提高了电极的使用寿命，采用通过金属离子（铁、镍、铜和钴等）、贵金属离子（金、银、铂、钯、钌、铱）、稀土离子（镧、铈、钆、锶）、碳材料（石墨烯、碳纳米管）和陶瓷材料（TiN）对电极表面的活性主催化剂进行掺杂改性，采用设计合理的脉冲工艺参数制备了组分梯度钛基锡锑电催化电极。通过扫描电镜、透射电镜，X射线光电子能谱、X射线衍射光谱等方法对电极材料的结构进行了表征，通过极化曲线、循环伏安、交流阻抗等电化学方法研究了电极的电催化原理，通过对酚类和染料废水的降解研究了电极的电催化性能，通过液相色谱和紫外可见等方法研究了降解的机理。通过对模拟压载水的处理研究了电极的压载水处理性能。通过本项目的研究发现，在钛基体和表面活性主催化剂之间增加合适的中间层，在不影响电极的电催化性能的基础上，能极大的提高电催化层与基体的结合力，延长电极的使用寿命，其中以添加钛氧化物和贵金属氧化物中间层的效果最优。选择不同的掺杂离子（或粒子）可以有效提高主催化剂的电催化效果，通过脉冲复合共沉积的方法将纳米颗粒直接复合进入电极活性层效果更佳。控制合适的脉冲工艺参数制备组分梯度电催化活性层可以有效的提高贵金属利用率，调控贵金属在电催化活性层的浓度分布。通过对模拟压载水的处理研究发现，改性后的立体多维电催化电极性能优异。通过本项目的实施，较全面的研究了目前使用的主要电催化活性物质电极的制备及压载水处理效果，并在结构设计、性能优化和基础原理等方面进行了探究，可为电催化电极用于压载水处理和其它废水的处理提供科学依据和参考。