论文总字数：16436字

摘 要

碳泡沫是一种导电率很高的材料，目前被广泛应用于催化载体、多孔电极、储能电池电极等诸多方面。

利用电镀技术合成Ti/SnO₂-Sb/α-PbO₂/Fe-β-PbO₂电极，采用高温煅烧高聚物的方式来制备所需要的碳泡沫原料，通过丝网印刷的方式将碳泡沫印刷在Ti/SnO₂-Sb/α-PbO₂/Fe-β-PbO₂电极上，制备出Ti/SnO₂-Sb/α-PbO₂/Fe-β-PbO₂/CarbonFoam电极。着重研究碳泡沫对氧化铅电极催化性能和使用寿命的影响，并以这种电极作为工作电极降解浓度为50ppm的亚甲基橙溶液。使用SEM观察电极的形貌特征，使用XRD技术测定电极的化学组成、孔径分布、泡沫结构等相关理化特征，采用电极极化曲线分析和电极循环伏安曲线分析，研究电极的催化性能，使用降解甲基橙的紫外吸收光谱观察降解有机污染物完成所需时间，比较改性电极与传统钛基电极的优劣。结果表明碳泡沫掺杂在二氧化铅表面有助于提升电极的催化性能。

关键词： 碳泡沫； 催化活性； PbO₂

Preparation and properties of carbon scaffolds modified lead oxide electrode

Abstract

Carbon foam, which is widely used in support, porous electrodes and energy storage batteries, is a kind of high conductivity material .

Ti/SnO₂-Sb/α-PbO₂/Fe-β-PbO₂ electrodes were synthesized by electroplating technique. Carbon foams was prepared by calcining polymers at high temperature. Carbon foam was printed on Ti/SnO₂-Sb/α-PbO₂/Fe-β-PbO₂ electrodes by screen printing. Preparation of Ti/SnO2-Sb/α-PbO2/Fe-β-PbO2/CarbonFoam electrodes. The effect of carbon foam on electrocatalytic performance and life of lead oxide electrode was studied. This electrode was used as the working electrode to degrade methylene orange solution with a concentration of 50ppm. SEM was used to observe the morphology of the electrode. The chemical composition, pore diameter distribution and foam structure of the electrode were determined by XRD. The electrode polarization curve and cyclic voltammetry curve were used to study the catalytic performance of the electrode. The time required for degradation of organic pollutants was observed by using the ultraviolet absorption spectrum for degradation of methyl orange. The difference of modified electrode and conventional titanium electrode are compared. The results show that carbon foam doped on the surface of lead dioxide helps to improve the catalytic performance of the electrode.

Key words: Carbon foam；Catalytic activity；PbO₂

目录

第一章 文献综述 1

1.1引言 1

1.2电催化技术及其原理介绍 1

1.2.1电催化直接氧化 1

1.2.2电催化间接氧化 2

1.3二氧化铅电极的制备 3

1.3.1氧化铅电极性能的提高 4

1.4碳泡沫 5

1.4.1碳泡沫简介 5

1.4.2碳泡沫材料的制备 5

1.4.3碳泡沫的应用 5

第二章 实验部分 7

2.1实验试剂和仪器 7

2.2实验过程 8

2.2.1 二氧化铅复合电极的制备 8

2.2.2 制备Ti/SnO₂-Sb/α-PbO₂/Fe-β-PbO₂/CarbonFoam电极 9

2.3电催化的化学性能测试 9

第三章 结果与讨论 11

3.1所制备氧化铅电极的SEM分析 11

3.2所制备氧化铅电极的XRD分析 12

3.3所制备氧化铅电极的线性扫描伏安曲线 12

3.4所制备氧化铅电极的循环伏安曲线 13

3.5所制电极降解甲基橙效果分析 14

第四章 结论与展望 16

4.1 结论 16

4.2 展望 16

参考文献 17

致 谢 19

第一章 文献综述

1.1引言

由于现代工艺的快速发展^[1]，污水排放增多使环境受到了严重的破坏，现在水污染在全世界蔓延，无论是是发达国家，还是发展中国家，各式各样的废水排放越来越多，对我们赖以生存的环境造成不小危害。处理水污染成为了一个迫在眉睫的事情，我国作为染料大国，染料废水的排放对环境造成的伤害已经成为现在必须要面对的问题。

处理染料废水最终目的是使废水能够回收利用^[2-4]，达到水资源利用率达到最大化的同时又避免环境受到污染，达到双赢的效果。处理染料废水的方法中，电化学氧化法有着设备体积小、占地少、操作简单灵活等优点，因此常选择该方法来处理染料废水。在电极材料选择方面，我们选择氧化铅作为阳极，与其它金属金属电极相比较，二氧化铅具有导电性能好、抗氧化能力强以及可通过电流大等诸多优点。所以利用电催化氧化技术处理污水也是当今科研领域的热点，引起了科研领域越来越多研究者关注^[5]。

1.2电催化技术及其原理介绍

电催化技术作为高级氧化技术，有机物可以直接在电极催化下发生分解。将初始产物或中间产物吸附在电极表面活性点上，是电催化反应的第一步，将这种电催化机理称为“吸附机理”^[6]；通电之后，所用金属氧化物阳极表面在电场驱动下，产生充足用于降解有机染料的羟基自由基（·OH），羟基自由基强的氧化性将染料中的相关价键破坏，从而使降解难度大的有机染料被转化为较易处理的其它中间产物或是直接被降解^[7]。电催化氧化技术又分为电催化直接氧化和电催化间接氧化两种^[8]。

1.2.1电催化直接氧化

当电催化反应发生的时候，会有两种不同活性氧化物在析氧电极表面形成，两种氧化物的依次为氢氧自由基的氧化物和含有高价态的金属氧化物^[9]。阳极反应步骤如下：

（1） 有机污染物的水溶液中含有酸性物质或是碱性物质，它们在电极的阳极发生极化反应生成氢氧根离子，化学反应方程式如下所示：

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