电化学氧化法降解硝基苯废水的研究(5)
1.5 电极材料的选择和开发现状
阳极材料的选择是电化学工业中一个极为重要的问题。阳极材料的性能决定了阳极反应过程中的动力学、电极和电化学氧化结构、电极的寿命、文修费用和劳动强度，尤其是在进行电化学氧化装置的设计时，阳极材料的稳定性、导电性、催化性能是设计的主要影响因素。用于废水处理的电化学氧化阳极，由于废水处理中阳极条件苛刻，除了一般的电化学氧化要求外，应该在以下几方面具有良好的性能：
(1) 性能稳定，耐腐蚀性能良好，电极寿命长；
(2) 电极选择性好，电催化能力强、电导率较高，要求析氧电位高，析氧副反应小；
(3) 电极材料便宜，电极制作费用低；
电化学催化氧化法最主要的部分是电极材料。用于电化学降解硝基苯废水的电极材料种类丰富，如石墨[28]、铂[29]、活性炭[30]、PbO2 [31]、BDD电极[32]、不锈钢电极[33]等。其中，PbO2电极因为其强导电性、高析氧电位和化学惰性而成为研究的热点。与BDD电极相比，PbO2电极费用低。同时PbO2电极可用于含Pb2+的酸性或碱性溶液。由于PbO2电极具有较高的析氧电位，在高电位条件下更有利于防止氧析出而获得更高的电解效率，同时，在阳极极化下，PbO2电极表面易生成•OH，•OH会与迁移到电极表面的硝基苯反应，这是其电解效率高的主要原因。而在电催化系统中-OH产生的数量与阳极的活性有关。然而，目前制备PbO2电极的工艺多为电沉积法，镀层易脱落，而且纯PbO2电极因为有机污染物电沉积产生的污垢而失活，因此，当务之急是寻找到一种能够提高PbO2电极活性的方法。
为了提高PbO2电极活性，国内外许多学者致力于电沉积制备条件和基底材料的选择以及掺杂改性等方面的研究。研究者们在硝酸盐溶液中，通过电沉积方法，制备了一系列的掺杂有铋、钴、铁等金属的改性PbO2电极。在硝酸盐电解液的电沉积过程中，涉及到以下阶段[34]：
H2O→OHads + H+ + e (1.9)
Pb2++OHads→ Pb(OH)2+ (1.10)
Pb(OH)2++ H2O → PbO2 + 3H+ + e (1.11)
经研究表明[34],其中Ti/Bi-PbO2电极的电催化性能最好且耗能低。同Ti/β-PbO2电极相比，Ti/Co-PbO2电极和Ti/Bi-Co-PbO2电极具有多孔结构和更小的颗粒，掺杂Bi能够减小阳极晶体颗粒的尺寸。Ti/Bi -PbO2电极因为具有高催化活性和优于其他PbO2电极的稳定性而成为了能够有效处理有机污染物的选择。
然而，电沉积制备条件的改变以及掺杂改性等方法并不能从根本上解决镀层脱落或基体钝化等电极腐蚀问题，而是造成了工艺复杂及成本的提高[35]。于是，有研究者采用了高压塑片的方法制备PbO2电极[36]。在PbO2粉末中均匀掺入少量FDPF-1有机粘合剂，在20MPa压力下降混合粉末压成圆形片状电极，作为阳极。实验表明，纯态PbO2经过压制后其表面看似比较均匀致密，实则松散易碎，容易成层断裂，不利于电极成形；而掺入FDPF-1的PbO2片容易成形且牢固紧致。该电极抗腐蚀性能良好，利用该电极处理含磷酸盐和氯离子的硝基苯废水，电解效果尤为突出。但是由于阴极的还原作用，电解过程中硝基苯不能被完全氧化，完全氧化需要进行深度处理[37]。
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