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)生物處理技術難以使含有毒有機污染物的王業(yè)廢水達標排放，對環(huán)境水體和人類健康構成了嚴重的威脅，廢水達標處理迫在眉睫。近年來，高級氧化技術作為一種有毒有害污染物的處理方法引起了國內(nèi)外學者的持續(xù)關注，電催化氧化技術即是其中的一種。與其他高級氧化技術相比，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方向和速率的目的。電催化氧化技術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)境電催化電極的設計、制備、結構表征和性能等方面進行了深入研究，在國際權威學術刊物上發(fā)表了多篇學術論文，獲得了教育部自然科學二等獎和黑龍江省技術發(fā)明一等獎。本書從電催化氧化和半導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構、性能、制備方法和應用等基礎上，系統(tǒng)總結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)境電催化電極的結構、性能、制備方法和應用情況，以及電催化氧化和半導體材料基礎理論等方面的內(nèi)容。全書共分10章：第1、3章介紹了電催化氧化和半導體材料相關基礎理論；第2章介紹了電極結構和性能表征方法；第4章介紹了電極制備技術；第5、6章介紹了鈦基二氧化錫電極制備、性能和結構表征方面的內(nèi)容；第7章介紹了稀土摻雜鈦基二氧化錫電極制備、性能和結構表征方面的內(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在有毒廢水處理中的應用情況。本書是對作者十多年在該領域研究成果的系統(tǒng)整理和總結，具有較強的理論性和實用性?！　”緯晒┉h(huán)境科學與工程、材料科學與工程等領域的技術人員參考，也可供高等院校相關專業(yè)師生參閱。

作者簡介

　　馮玉杰,1966年1月生，工學博士，現(xiàn)為哈爾濱工業(yè)大學市政環(huán)境工程學院教授，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）副主任，哈爾濱工業(yè)大學市政環(huán)境工程學院應用生物學系主任。主要從事環(huán)境電化學理念與技術、生物能源、城市水系統(tǒng)水質(zhì)轉化規(guī)律理念與技術等

書籍目錄

前言第1章　電催化相關基礎理論簡介　1.1　電化學及其在環(huán)境領域的研究與應用　　1.1.1　電化學及其研究與應用的發(fā)展　　1.1.2　電化學與環(huán)境問題　　1.1.3　環(huán)境污染物的電化學處理　1.2　電化學體系的基本結構單元　　1.2.1　電極　　1.2.2　電解質(zhì)溶液　　1.2.3　隔膜　1.3　電化學和電化學工程中的幾個基本概念　　1.3.1　電化學反應、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／溶液界面的結構與性質(zhì)　　1.4.1　雙電層的結構　　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　電極反應動力學簡介　　1.5.1　電極的極化　　1.5.2　電極反應速率　1.6　電化學中的液相傳質(zhì)理論　　1.6.1　液相傳質(zhì)的方式　　1.6.2　濃差極化　1.7　電化學催化　　1.7.1　電催化概述及其特點　　1.7.2　電催化反應機理　　1.7.3　電極的催化作用　參考文獻第2章　電極結構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　半導體電催化材料結構表征方法　　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　參考文獻第3章　半導體電極及其電催化性能　3.1　半導體電極的性質(zhì)及相關理論　　3.1.1　固體能帶理論簡介　　3.1.2　半導體材料結構與導電機理　　3.1.3　半導體電極／溶液界面的特點及電荷傳遞機理　3.2　氧化物半導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轉化效率　　3.2.2　電極表面狀態(tài)與有機物的電化學轉化　參考文獻第4章　DSA類電催化陽極材料制備技術　4.1　基體　　4.1.1　基體的選擇　　4.1.2　基體的預處理　4.2　液相法DSA電極制備技術　　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　　4.4.1　濺射法　　4.4.2　化學氣相沉積法　4.5　本章小結　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　電極結構表征　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　電極結構表征　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　電極結構表征　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構與性能關系研究　　5.5.1　Ti／SnO2電極的電化學行為研究　　5.5.2　SnO2電極半導體結構與性能關系　5.6　本章小結　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　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構的影響　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構的影響　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構的影響　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構的影響　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、元素組成及晶體結構與電催化性能的關系　　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構分析　7.6　本章小結　參考文獻第8章　苯酚在幾種電催化電極上的電化學降解路徑分析　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因素分析　　8.2.1　電極材料及其表面結構的影響　　8.2.2　反應條件的影響　8.3　苯酚在鈦基SnO2電極上的電化學降解歷程　　8.3.1　Ti/SnO2電極降解苯酚的中間產(chǎn)物和反應歷程分析　　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電極上的電化學氧化過程比較分析　8.4　本章小結　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　電極結構表征　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構表征　9.3　本章小結　參考文獻第10章　電催化氧化技術在有毒廢水處理中的應用　10.1　電催化氧化技術簡介　　10.1.1　電催化氧化技術的特點　　10.1.2　電催化氧化技術的基本原理　10.2　電催化氧化技術的研究現(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　參考文獻

章節(jié)摘錄

　　20世紀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，使之成為電化學理論的主體。近幾十年，電化學理論在其他學科發(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移問題、半導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，使得電化學逐漸由起初的邊緣化學學科發(fā)展成獨立于化學學科之外的一個新學科，涉及領域相當廣泛，包括電極過程、電合成、電化學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理論應用于生產(chǎn)實際中，形成了應用電化學體系，或電化學工程體系。廣義上講，電化學理論與任何工程體系結合，所形成的以解決工程問題為主的工程技術體系均可以稱為電化學工程，它已遠遠超出了化學或化學工程的領域，其共同的特征就是這些體系均以電化學理論為共同的理論基礎。60年代常常被認為是電化學工程發(fā)展的一個轉折時期。　　……

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