基于气体扩散电极电合成高铁酸盐的研究
发布时间：2021-11-18 06:28
高铁酸盐,作为一种新型水处理剂,表现出优异的氧化、吸附、絮凝等去除污染物的协同功能,在污水处理方面具有很好的应用前景。针对现有的电化学法制备高铁酸盐存在的高能耗问题,本文提出了一种低能耗、工序简单的基于气体扩散电极电合成高铁酸盐的方法和装置。采用自制气体扩散电极成功制备了高铁酸盐,并将其与传统电解法对比,探索了电流密度、电解液浓度、温度、电解时间对气体扩散电极电合成高铁酸盐的影响。探究了 Fe3O4掺入量对Fe-Fe3O4复合阳极电合成高铁酸盐的影响。取得的主要研究成果如下:（1）制备了气体扩散电极,该电极在碱性溶液中发生的氧气还原反应的电极电位为-0.054V（vs.Hg/HgO）,远低于传统镍片的电极电位,可以满足电合成高铁酸盐的要求。（2）提出了一种基于气体扩散电极电合成高铁酸盐的方法,成功制备了高铁酸盐。通过优化电流密度、氢氧化钠溶液浓度、温度三个工艺参数,确定在电流密度为7.5 mA/cm2、氢氧化钠溶液浓度为16 mol L-1、温度为40℃为电合成高铁酸盐的最佳工艺条件。（3）在最佳的工艺条件下,采用气体扩散电极电合成高铁酸盐的电流效率为28.54%,槽电压为0.756 ...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－３气体扩散电极示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ａ?ｇａｓ?ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ??将气体扩散电极引入电解装置中主要是从降低电解电压的角度考虑，而气体??
?第三章气体扩散电极的制备及其性能???第三章气体扩散电极的制备及性能??３．１气体扩散电极的制备??本文所用的气体扩散电极是自制的，其方法是按照文献制备的。??３．?２气体扩散电极的物性表征??以所制备的气体扩散电极的的催化层为工作面，其Ｘ射线衍射如图３－１所示。??在２０为３８．８?°，４５．０?°，６４．８?°，７７．７?°和８１．８?°处显示明显的特征衍射峰，各??自代表了?Ａｇ催化剂的（１１１），?（２００），（２２０），卩１１）以及（２２２）晶面，该结果说明本??实验用到的气体扩散电极的催化层中Ａｇ颗粒催化剂的晶体结构为面心立方。２０??为４５．０?°、５２．３°、７６．６?°的衍射峰对应于集流体镍的各个晶面的衍射峰。在??气体扩散电极催化层的Ｘ射线衍射图中未见其他杂质的衍射峰，表明气体扩散??电极的催化层没有其他杂质掺入。???Ａｇ－ＰＤＦ＃０４－０７８３?？?Ｎ．???Ｎｉ－ＰＤＦ＃０４－？８５０?＊?Ａ?＇??—ＧＤＥ?？?？Ａｇ??？?？??．￥?．??？??一??ｉｌｌ?Ｌ?ｌｌ＿＿??．?皇?？?ｉ?Ｉ?．?ｉ?ｉ?，?ｉ?？ｉ?，??．？?．?？?．?ｉ?ｉ?１１?ｉ?．?ｉ?．?ｉ?ｉ?■??１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０?９０??Ｔｗｏ－Ｔｈｅｔａ?（ｄｅｇｒｅｅ）??图３－１所用气体扩散电极的Ｘ射线衍射图??Ｆｉｇｕｒｅ?３－１?Ｘ－ｒａｙ?ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ?ｐａｔｔｅｒｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｇａｓ?ｄｉｆｉｕｓｉｏｎ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?ｕｓｅｄ??气体扩散电极为了保证在气固液三相反应界面上氧气还原反应的顺利发生。
?北京化工大学硕士学位论文???扩散层到达催化层，进而保证气固液三相反应界面上氧气还原反应的顺利发生。??气体扩散电极的扩散层保持较强的疏水性的另一个目的是防止电解液的渗漏。因??为电解液从催化层渗透到扩散层会淹没氧气从扩散层扩散到催化层的通道气??体扩散电极催化层的全润湿，保证了反应溶液能够顺利的进入到电极的气液固三??相界面，进而保证气固液三相反应界面上氧气还原反应的顺利发生。??图３＿２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）为所用的气体扩散电极的扩散层四个边角处的接触??角，其接触角平均为１２５．３°，表明所用气体扩散电极的扩散层具有很好的疏水性，??保证气体扩散电极在电解反应过程中氧气在催化剂周围与反应液体接触而不被??水淹。??ｍｍｍｒ?：????■■■■?ｍｍ???１１７．８°?■?ａ?１２９．７。?■?ｂ??ｍｍｍ?■?１?１１?：｜ｉｐ?１１１ＢＰ??１２４／７。?■?Ｃ?１２８．９°?＿?ｄ??图３－２气体扩散电极的接触角??Ｆｉｇｕｒｅ?３－２?Ｃｏｎｔａｃｔ?ａｎｇｌｅｓ?ｏｆ?ｇａｓ?ｄｉｆｌｕｓｉｏｎ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ??３．?３气体扩散电极氧气还原反应的探讨??分别给电解液中通入半小时的氧气和氮气，在电解液中的氧气和氮气分别处??于饱和的状态下测试气体扩散电极的氧还原催化活性。气体扩散电极的线性扫描??伏安曲线如图３－３所示。由图可知，在所有的电位下，气体扩散电极在充满氮气??气氛中的阴极电流密度始终为０，说明在氮气气氛中没有反应发生，而在氧气气??氛中，阴极电流密在－０．０５４Ｖ以后开始明显增大，，表明氧还原反应的起始电位为??？０．０５４
本文编号：3502390
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－３气体扩散电极示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ａ?ｇａｓ?ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ??将气体扩散电极引入电解装置中主要是从降低电解电压的角度考虑，而气体??
?第三章气体扩散电极的制备及其性能???第三章气体扩散电极的制备及性能??３．１气体扩散电极的制备??本文所用的气体扩散电极是自制的，其方法是按照文献制备的。??３．?２气体扩散电极的物性表征??以所制备的气体扩散电极的的催化层为工作面，其Ｘ射线衍射如图３－１所示。??在２０为３８．８?°，４５．０?°，６４．８?°，７７．７?°和８１．８?°处显示明显的特征衍射峰，各??自代表了?Ａｇ催化剂的（１１１），?（２００），（２２０），卩１１）以及（２２２）晶面，该结果说明本??实验用到的气体扩散电极的催化层中Ａｇ颗粒催化剂的晶体结构为面心立方。２０??为４５．０?°、５２．３°、７６．６?°的衍射峰对应于集流体镍的各个晶面的衍射峰。在??气体扩散电极催化层的Ｘ射线衍射图中未见其他杂质的衍射峰，表明气体扩散??电极的催化层没有其他杂质掺入。???Ａｇ－ＰＤＦ＃０４－０７８３?？?Ｎ．???Ｎｉ－ＰＤＦ＃０４－？８５０?＊?Ａ?＇??—ＧＤＥ?？?？Ａｇ??？?？??．￥?．??？??一??ｉｌｌ?Ｌ?ｌｌ＿＿??．?皇?？?ｉ?Ｉ?．?ｉ?ｉ?，?ｉ?？ｉ?，??．？?．?？?．?ｉ?ｉ?１１?ｉ?．?ｉ?．?ｉ?ｉ?■??１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０?９０??Ｔｗｏ－Ｔｈｅｔａ?（ｄｅｇｒｅｅ）??图３－１所用气体扩散电极的Ｘ射线衍射图??Ｆｉｇｕｒｅ?３－１?Ｘ－ｒａｙ?ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ?ｐａｔｔｅｒｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｇａｓ?ｄｉｆｉｕｓｉｏｎ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?ｕｓｅｄ??气体扩散电极为了保证在气固液三相反应界面上氧气还原反应的顺利发生。
?北京化工大学硕士学位论文???扩散层到达催化层，进而保证气固液三相反应界面上氧气还原反应的顺利发生。??气体扩散电极的扩散层保持较强的疏水性的另一个目的是防止电解液的渗漏。因??为电解液从催化层渗透到扩散层会淹没氧气从扩散层扩散到催化层的通道气??体扩散电极催化层的全润湿，保证了反应溶液能够顺利的进入到电极的气液固三??相界面，进而保证气固液三相反应界面上氧气还原反应的顺利发生。??图３＿２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）为所用的气体扩散电极的扩散层四个边角处的接触??角，其接触角平均为１２５．３°，表明所用气体扩散电极的扩散层具有很好的疏水性，??保证气体扩散电极在电解反应过程中氧气在催化剂周围与反应液体接触而不被??水淹。??ｍｍｍｒ?：????■■■■?ｍｍ???１１７．８°?■?ａ?１２９．７。?■?ｂ??ｍｍｍ?■?１?１１?：｜ｉｐ?１１１ＢＰ??１２４／７。?■?Ｃ?１２８．９°?＿?ｄ??图３－２气体扩散电极的接触角??Ｆｉｇｕｒｅ?３－２?Ｃｏｎｔａｃｔ?ａｎｇｌｅｓ?ｏｆ?ｇａｓ?ｄｉｆｌｕｓｉｏｎ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ??３．?３气体扩散电极氧气还原反应的探讨??分别给电解液中通入半小时的氧气和氮气，在电解液中的氧气和氮气分别处??于饱和的状态下测试气体扩散电极的氧还原催化活性。气体扩散电极的线性扫描??伏安曲线如图３－３所示。由图可知，在所有的电位下，气体扩散电极在充满氮气??气氛中的阴极电流密度始终为０，说明在氮气气氛中没有反应发生，而在氧气气??氛中，阴极电流密在－０．０５４Ｖ以后开始明显增大，，表明氧还原反应的起始电位为??？０．０５４
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