TiO 2 /Ti-Cu 2 O/Cu光催化废水燃料电池的设计与性能研究

发布时间：2023-10-21 15:38

　　大量未经处理的有毒有害物质、工业废水以及居民生活污水直接排放进入水体，不仅造成了严重的环境污染和生态破坏，而且影响居民的日常生活甚至威胁人体的健康和安全。生物法等传统污水处理技术难以满足日益严格的处理要求，也无法有效利用污水中所含的大量化学能，是一种巨大的能源浪费。本论文设计了一个新型的TiO2/Ti-Cu2O/Cu光催化废水燃料电池（PFC），并针对污水中有机污染物尤其是难以生物降解的污染物的高效降解，以及降解过程中的化学能的转化利用展开了研究。 首先，论文在HF-H2O介质和含氟离子的柠檬酸介质中，利用电化学阳极氧化法制备了不同规格（管长、管径）的TiO2纳米管阵列薄膜电极（TNA），湿式化学法制备了Cu2O纳米线薄膜电极，并采用电镜扫描（SEM）技术观察材料表面结构。 其次，论文以TNA为光阳极，Cu2O纳米线薄膜电极为光阴极，构建了TiO2/Ti-Cu2O/Cu光催化废水燃料电池，并针对阳极材料、电解质种类和浓度、溶液pH值、底物种类和浓度、光照强度等因素对PFC电池性能进行了优化研究。实验结果表明，PFC具有良好的光电响应，且经过对比后发现管长越长的TNA，其于PFC体系中的...

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
目录
第一章 绪论
    1.0 课题背景
    1.1 微生物燃料电池(MFC)的发展和应用
        1.1.1 MFC 的基本原理
        1.1.2 MFC 的发展历史
        1.1.3 MFC 的设计
        1.1.4 影响 MFC 性能的因素
        1.1.5 MFC 应用于污水处理
    1.2 TiO₂应用于污水处理
        1.2.1 TiO₂的结构与特性
        1.2.2 TiO₂有机物降解机理
        1.2.3 TiO₂的改性
    1.3 Cu₂O 应用于污水处理
        1.3.1 Cu₂O 的结构与特性
        1.3.2 Cu₂O 的改性
        1.3.3 Cu₂O 应用于污染物降解
    1.4 问题的提出
    1.5 研究内容
第二章 实验部分
    2.1 实验仪器和试剂
        2.1.1 实验仪器
        2.1.2 实验材料和试剂
    2.2 TiO₂纳米电极材料的制备
        2.2.1 短管 TiO₂纳米管阵列(STNA)的制备
        2.2.2 中管 TiO₂纳米管阵列(MTNA)的制备
        2.2.3 长管 TiO₂纳米管阵列(LTNA)的制备
    2.3 Cu₂O 纳米电极材料的制备
    2.4 主要表征和分析仪器
        2.4.1 扫描电子显微镜(SEM)
        2.4.2 紫外-可见分光光度计
        2.4.3 总有机碳分析仪(TOC-V CPH)
    2.5 偶氮染料浓度的测定
        2.5.1 甲基橙浓度的测定
        2.5.2 亚甲基蓝浓度的测定
        2.5.3 刚果红浓度的测定
    2.6 光电性能的测试和表征
        2.6.1 光电性能的测试方法
        2.6.2 光电性能的表征
第三章 电极材料的制备
    3.1 TiO₂纳米管阵列(TNA)薄膜的制备
    3.2 Cu₂O 纳米线薄膜的制备
    3.4 本章小结
第四章 TiO₂/Ti-Cu₂O/Cu 光催化废水燃料电池(PFC)的设计和性能研究
    4.1 引言
    4.2 光催化废水燃料电池(PFC)的设计
    4.3 光催化废水燃料电池(PFC)的性能
        4.3.1 TNA 管长对 PFC 电池性能的影响
        4.3.2 电解质对 PFC 电池性能的影响
        4.3.3 pH 对 PFC 电池性能的影响
        4.3.4 底物对 PFC 电池性能的影响
        4.3.5 光强对 PFC 电池性能的影响
    4.4 本章小结
第五章 PFC 的有机物降解性能
    5.1 偶氮染料脱色效果
    5.2 偶氮染料降解的动力学特性
    5.3 偶氮染料的 TOC 去除率
    5.4 降解染料时 PFC 体系的稳定性
    5.5 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 创新点
    6.3 研究展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文



本文编号：3856126