環(huán)境電催化電極

前言

　　隨著化工、醫(yī)藥、農(nóng)藥等王業(yè)的迅速發(fā)展，工業(yè)廢水中有毒有害污染物的種類和數(shù)量迅猛增加。傳統(tǒng)生物處理技術(shù)難以使含有毒有機污染物的王業(yè)廢水達標(biāo)排放，對環(huán)境水體和人類健康構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅，廢水達標(biāo)處理迫在眉睫。近年來，高級氧化技術(shù)作為一種有毒有害污染物的處理方法引起了國內(nèi)外學(xué)者的持續(xù)關(guān)注，電催化氧化技術(shù)即是其中的一種。與其他高級氧化技術(shù)相比，電催化氧化可在常溫常壓下進行，可以方便地通過改變固液界面電場而達到有效控制反應(yīng)方向和速率的目的。電催化氧化技術(shù)的核心是電催化電極材料，由于污染物的降解多發(fā)生在電化學(xué)的陽極區(qū)，因此具有較高電催化活性的陽極材料一直是研究與開發(fā)的重點?！　”緯饕髡咦?000年起開始從事環(huán)境電催化電極方面的研究，十余年來，課題組在環(huán)境電催化電極的設(shè)計、制備、結(jié)構(gòu)表征和性能等方面進行了深入研究，在國際權(quán)威學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表了多篇學(xué)術(shù)論文，獲得了教育部自然科學(xué)二等獎和黑龍江省技術(shù)發(fā)明一等獎。本書從電催化氧化和半導(dǎo)體材料基本理論出發(fā)，在全面闡述用于環(huán)境污染物去除的環(huán)境電催化陽極材料的結(jié)構(gòu)、性能、制備方法和應(yīng)用等基礎(chǔ)上，系統(tǒng)總結(jié)了作者十多年來在環(huán)境電催化電極方面的科研成果，對環(huán)境電催化電極方面的一些熱點問題也進行了評述。

內(nèi)容概要

　　本書全面而系統(tǒng)地闡述了用于環(huán)境污染物去除的環(huán)境電催化電極的結(jié)構(gòu)、性能、制備方法和應(yīng)用情況，以及電催化氧化和半導(dǎo)體材料基礎(chǔ)理論等方面的內(nèi)容。全書共分10章：第1、3章介紹了電催化氧化和半導(dǎo)體材料相關(guān)基礎(chǔ)理論；第2章介紹了電極結(jié)構(gòu)和性能表征方法；第4章介紹了電極制備技術(shù)；第5、6章介紹了鈦基二氧化錫電極制備、性能和結(jié)構(gòu)表征方面的內(nèi)容；第7章介紹了稀土摻雜鈦基二氧化錫電極制備、性能和結(jié)構(gòu)表征方面的內(nèi)容；第8章介紹了苯酚在多種稀土摻雜電極上的電化學(xué)降解路徑；第9章介紹了鈦基二氧化鉛電極和金剛石薄膜電極；第10章介紹了電催化氧化技術(shù)在有毒廢水處理中的應(yīng)用情況。本書是對作者十多年在該領(lǐng)域研究成果的系統(tǒng)整理和總結(jié)，具有較強的理論性和實用性?！　”緯晒┉h(huán)境科學(xué)與工程、材料科學(xué)與工程等領(lǐng)域的技術(shù)人員參考，也可供高等院校相關(guān)專業(yè)師生參閱。

作者簡介

　　馮玉杰,1966年1月生，工學(xué)博士，現(xiàn)為哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院教授，城市水資源與水環(huán)境國家重點實驗室（哈爾濱工業(yè)大學(xué)）副主任，哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院應(yīng)用生物學(xué)系主任。主要從事環(huán)境電化學(xué)理念與技術(shù)、生物能源、城市水系統(tǒng)水質(zhì)轉(zhuǎn)化規(guī)律理念與技術(shù)等

書籍目錄

前言第1章　電催化相關(guān)基礎(chǔ)理論簡介　1.1　電化學(xué)及其在環(huán)境領(lǐng)域的研究與應(yīng)用　　1.1.1　電化學(xué)及其研究與應(yīng)用的發(fā)展　　1.1.2　電化學(xué)與環(huán)境問題　　1.1.3　環(huán)境污染物的電化學(xué)處理　1.2　電化學(xué)體系的基本結(jié)構(gòu)單元　　1.2.1　電極　　1.2.2　電解質(zhì)溶液　　1.2.3　隔膜　1.3　電化學(xué)和電化學(xué)工程中的幾個基本概念　　1.3.1　電化學(xué)反應(yīng)、電荷傳遞與電流　　1.3.2　電位與電壓　　1.3.3　法拉第定律　　1.3.4　電流效率　　1.3.5　能耗　1.4　電極／溶液界面的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)　　1.4.1　雙電層的結(jié)構(gòu)　　1.4.2　雙電層中剩余電荷的巨大作用　　1.4.3　零電荷電位　　1.4.4　電極／溶液界面的吸附現(xiàn)象　1.5　電極反應(yīng)動力學(xué)簡介　　1.5.1　電極的極化　　1.5.2　電極反應(yīng)速率　1.6　電化學(xué)中的液相傳質(zhì)理論　　1.6.1　液相傳質(zhì)的方式　　1.6.2　濃差極化　1.7　電化學(xué)催化　　1.7.1　電催化概述及其特點　　1.7.2　電催化反應(yīng)機理　　1.7.3　電極的催化作用　參考文獻第2章　電極結(jié)構(gòu)表征與電催化機理研究　2.1　電極形貌表征方法　　2.1.1　掃描電子顯微鏡　　2.1.2　透射電子顯微鏡　　2.1.3　原子力顯微鏡　2.2　半導(dǎo)體電催化材料結(jié)構(gòu)表征方法　　2.2.1　X射線衍射　　2.2.2　X射線光電子能譜　　2.2.3　拉曼光譜　2.3　電化學(xué)分析方法　　2.3.1　循環(huán)伏安法　　2.3.2　極化曲線法　　2.3.3　交流阻抗法　2.4　電催化氧化有機物降解性能分析方法　　2.4.1　紫外-可見分光光度法　　2.4.2　總有機碳　　2.4.3　COD　　2.4.4　有機物降解中間產(chǎn)物的檢測方法　2.5　自由基檢測方法　　2.5.1　電子順磁共振　　2.5.2　熒光光譜　2.6　本章小結(jié)　參考文獻第3章　半導(dǎo)體電極及其電催化性能　3.1　半導(dǎo)體電極的性質(zhì)及相關(guān)理論　　3.1.1　固體能帶理論簡介　　3.1.2　半導(dǎo)體材料結(jié)構(gòu)與導(dǎo)電機理　　3.1.3　半導(dǎo)體電極／溶液界面的特點及電荷傳遞機理　3.2　氧化物半導(dǎo)體電極對有機物的電催化降解　　3.2.1　電極材料與有機物的電化學(xué)轉(zhuǎn)化效率　　3.2.2　電極表面狀態(tài)與有機物的電化學(xué)轉(zhuǎn)化　參考文獻第4章　DSA類電催化陽極材料制備技術(shù)　4.1　基體　　4.1.1　基體的選擇　　4.1.2　基體的預(yù)處理　4.2　液相法DSA電極制備技術(shù)　　4.2.1　浸漬法　　4.2.2　溶膠凝膠法　4.3　電輔助法制備DSA薄膜　　4.3.1　電沉積法　　4.3.2　陽極電氧化法　4.4　氣相法電極制備技術(shù)　　4.4.1　濺射法　　4.4.2　化學(xué)氣相沉積法　4.5　本章小結(jié)　參考文獻第5章　鈦基二氧化錫電極的制備及性能評價　5.1　浸漬法電極制備工藝　　5.1.1　制備工藝參數(shù)優(yōu)化　　5.1.2　電極結(jié)構(gòu)表征　5.2　電沉積法電極制備工藝　　5.2.1　制備工藝參數(shù)優(yōu)化　　5.2.2　電極結(jié)構(gòu)表征　5.3　溶膠-凝膠法電極制備工藝　　5.3.1　制備工藝參數(shù)優(yōu)化　　5.3.2　電極結(jié)構(gòu)表征　5.4　鈦基二氧化錫電極電催化性能比較　　5.4.1　有機物降解能力比較　　5.4.2　產(chǎn)生自由基能力比較　5.5　鈦基二氧化錫電極表面結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系研究　　5.5.1　Ti／SnO2電極的電化學(xué)行為研究　　5.5.2　SnO2電極半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系　5.6　本章小結(jié)　參考文獻第6章　提高鈦基二氧化錫電極穩(wěn)定性研究　6.1　電極失效原因分析及解決方法　　6.1.1　涂層剝落　　6.1.2　涂層溶解　　6.1.3　鈦基體氧化　6.2　提高浸漬法制備電極穩(wěn)定性研究　　6.2.1　含Co中間層對電極穩(wěn)定性的影響　　6.2.2　含Mn中間層Ti/SnO2電極的制備及性能研究　　6.2.3　電鍍中間層對電極穩(wěn)定性的影響　6.3　提高溶膠-凝膠法制備電極穩(wěn)定性研究　　6.3.1　含Mn中間層對電極穩(wěn)定性的影響　　6.3.2　含Ru中間層對電極穩(wěn)定性的影響　6.4　本章小結(jié)　參考文獻第7章　稀土摻雜對鈦基二氧化錫電極性能的影響　7.1　Gd摻雜鈦基二氧化錫電極　　7.1.1　Gd摻雜對二氧化錫電極電催化性能的影響　　7.1.2　Gd摻雜對二氧化錫電極形貌和元素組成及分布的影響　　7.1.3　Gd摻雜對二氧化錫涂層晶體結(jié)構(gòu)的影響　7.2　Ce摻雜鈦基二氧化錫電極　　7.2.1　Ce摻雜對二氧化錫電極電催化性能的影響　　7.2.2　Ce摻雜對二氧化錫電極形貌和元素組成及分布的影響　　7.2.3　Ce摻雜對二氧化錫涂層晶體結(jié)構(gòu)的影響　7.3　Eu摻雜鈦基二氧化錫電極　　7.3.1　Eu摻雜對二氧化錫電極電催化性能的影響　　7.3.2　Eu摻雜對二氧化錫電極形貌和元素組成及分布的影響　　7.3.3　Eu摻雜對二氧化錫涂層晶體結(jié)構(gòu)的影響　7.4　Dy摻雜鈦基二氧化錫電極　　7.4.1　Dy摻雜對二氧化錫電極電催化性能的影響　　7.4.2　Dy摻雜對二氧化錫電極形貌和元素組成及分布的影響　　7.4.3　Dy摻雜對二氧化錫涂層晶體結(jié)構(gòu)的影響　7.5　稀土摻雜對電催化性能影響機理分析　　7.5.1　電極涂層的表面形貌、元素組成及晶體結(jié)構(gòu)與電催化性能的關(guān)系　　7.5.2　稀土摻雜Ti/SnO2電極降解有機物的性能比較　　7.5.3　稀土摻雜Ti/SnO2電極的表面分析　　7.5.4　稀土摻雜Ti/SnO2電極生成羥基自由基的比較　　7.5.5　稀土摻雜Ti/SnO2電極的界面雙電層結(jié)構(gòu)分析　7.6　本章小結(jié)　參考文獻第8章　苯酚在幾種電催化電極上的電化學(xué)降解路徑分析　8.1　酚類物質(zhì)催化氧化機理研究現(xiàn)狀　　8.1.1　國內(nèi)研究現(xiàn)狀　　8.1.2　國外研究現(xiàn)狀　8.2　影響電催化氧化降解苯酚的反應(yīng)因素分析　　8.2.1　電極材料及其表面結(jié)構(gòu)的影響　　8.2.2　反應(yīng)條件的影響　8.3　苯酚在鈦基SnO2電極上的電化學(xué)降解歷程　　8.3.1　Ti/SnO2電極降解苯酚的中間產(chǎn)物和反應(yīng)歷程分析　　8.3.2　Gd摻雜Ti/SnO2電極降解苯酚的中間產(chǎn)物和反應(yīng)歷程分析　　8.3.3　Ce摻雜Ti/SnO2電極降解苯酚的中間產(chǎn)物和反應(yīng)歷程分析　　8.3.4　Eu摻雜Ti/SnO2電極降解苯酚的中間產(chǎn)物和反應(yīng)歷程分析　　8.3.5　苯酚在不同摻雜的鈦基SnO2電極上的電化學(xué)氧化過程比較分析　8.4　本章小結(jié)　參考文獻第9章　其他電催化電極　9.1　鈦基二氧化鉛電極　　9.1.1　電極制備工藝　　9.1.2　制備工藝參數(shù)優(yōu)化　　9.1.3　電極結(jié)構(gòu)表征　9.2　金剛石薄膜電極　　9.2.1　金剛石薄膜生長工藝　　9.2.2　電極制備工藝參數(shù)優(yōu)化　　9.2.3　硼摻雜金剛石薄膜電極對苯酚的降解特性研究　　9.2.4　薄膜生長特性及電極結(jié)構(gòu)表征　9.3　本章小結(jié)　參考文獻第10章　電催化氧化技術(shù)在有毒廢水處理中的應(yīng)用　10.1　電催化氧化技術(shù)簡介　　10.1.1　電催化氧化技術(shù)的特點　　10.1.2　電催化氧化技術(shù)的基本原理　10.2　電催化氧化技術(shù)的研究現(xiàn)狀　10.3　電催化氧化法處理含百草枯農(nóng)藥廢水　　10.3.1　百草枯及其危害　　10.3.2　百草枯生產(chǎn)廢水及處理簡介　　10.3.3　電催化氧化法對百草枯生產(chǎn)廢水的處理　10.4　電催化氧化處理含阿特拉津農(nóng)藥廢水　　10.4.1　阿特拉津廢水的水質(zhì)及危害　　10.4.2　阿特拉津廢水處理技術(shù)簡介　　10.4.3　電催化氧化法處理阿特拉津廢水及運行效能　10.5　電催化氧化法處理煤化工廢水　10.6　本章小結(jié)　參考文獻

章節(jié)摘錄

　　20世紀(jì)50年代前后伏盧姆金　　和博克瑞斯（Bochris）經(jīng)過大量艱苦研究，發(fā)展了電極過程動力學(xué)，使之成為電化學(xué)理論的主體。近幾十年，電化學(xué)理論在其他學(xué)科發(fā)展的帶動下，出現(xiàn)了飛躍發(fā)展。例如，以量子理論解釋溶液界面的電子轉(zhuǎn)移問題、半導(dǎo)體電極過程特性的研究等豐富了電極與溶液界面雙電層特性的有關(guān)內(nèi)容，一些傳統(tǒng)的較為模糊的概念逐漸得到澄清，使得電化學(xué)逐漸由起初的邊緣化學(xué)學(xué)科發(fā)展成獨立于化學(xué)學(xué)科之外的一個新學(xué)科，涉及領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，包括電極過程、電合成、電化學(xué)腐蝕以及帶有電荷傳遞、質(zhì)量傳遞和離子傳遞的表面過程等?！　㈦娀瘜W(xué)理論應(yīng)用于生產(chǎn)實際中，形成了應(yīng)用電化學(xué)體系，或電化學(xué)工程體系。廣義上講，電化學(xué)理論與任何工程體系結(jié)合，所形成的以解決工程問題為主的工程技術(shù)體系均可以稱為電化學(xué)工程，它已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了化學(xué)或化學(xué)工程的領(lǐng)域，其共同的特征就是這些體系均以電化學(xué)理論為共同的理論基礎(chǔ)。60年代常常被認(rèn)為是電化學(xué)工程發(fā)展的一個轉(zhuǎn)折時期?！　　?/pre>








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