臭氧和過氧化氫高效電化學協同產生的規律及機理研究

《臭氧和過氧化氫高效電化學協同產生的規律及機理研究》是依託西安交通大學，由王雲海擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：臭氧和過氧化氫高效電化學協同產生的規律及機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王雲海
• 依託單位：西安交通大學

傳統的電化學陽極氧化分解水產臭氧技術和陰極還原氧產過氧化氫技術存在能耗較高及較多副反應的缺點。本項目基於前期實現了在同一個電解池中協同陽極產臭氧和陰極產過氧化氫的電流效率分別達到11%和28%的基礎上，進一步深入研究臭氧和過氧化氫協同產生的規律及機理。. 課題通過研究陽極、陰極、電解質以及隔膜的不同配置方法對協同產生臭氧和過氧化氫的電流效率和能耗的影響，探討臭氧和過氧化氫電化學協同產生的規律。通過電化學穩態極化曲線研究電極過程動力學，通過電化學暫態技術分析表證電極過程中的活性中間粒子，通過現代分析測試技術研究電極構效關係，結合反應的熱力學平衡計算，闡明在同一電解池中協同產生臭氧和過氧化氫的機理及動力學規律。進而改進技術，進一步提高臭氧和過氧化氫協同產生的效率，降低能耗。. 通過該研究，將為臭氧和過氧化氫的高效電化學協同產生技術的放大和實用化提供理論依據並奠定實驗基礎。

本項目針對傳統的電化學陽極氧化分解水產臭氧技術和陰極還原氧產過氧化氫技術存在能耗較高及較多副反應的缺點，提出了耦合陽極分解水產臭氧及陰極還原氧產過氧化氫的電化學技術，並通過研究電解池配置方法、電極材料表征及電化學過程分析等深入研究臭氧和過氧化氫協同產生的規律和機制。 項目按照計畫內容實施，系統研究了電解池配置方法、電解參數、電極材料製備及修飾對臭氧和過氧化氫產生效率的影響，闡明了臭氧和過氧化氫協同產生的規律。結果發現，通過施加氟摻雜氧化錫中間層，能極大提高鎳銻摻雜二氧化錫電極的穩定性，壽命可達1800小時；溶膠凝膠法製備的摻雜二氧化錫電極結構和穩定性優於塗覆熱解工藝；而通過控制塗敷熱解製備工藝中的乾燥時間可以提高摻雜二氧化錫電極的活性。然而通過摻雜銀或者鈰，或者用鉍代替銻，或者用PTFE複合均難以達到提高鎳銻摻雜二氧化錫電極產臭氧的活性。空氣擴散陰極基底材料和製備工藝對氧還原製備過氧化氫有較大的影響，研究最佳化了該製備工藝。同時通過蒽醌修飾該空氣擴散陰極可以提高氧氣還原產過氧化氫的性能最大達2.2倍。同時通過研究電解過程中產生的自由基等中間產物，討論了臭氧和過氧化氫協同產生的機理。在機理分析的基礎上，通過摻雜二氧化錫陽極修飾強化了臭氧產生的性能，產臭氧的電流效率達到了26%。同時依據本項目耦合電化學技術中陰極反應和陽極反應，實現電化學技術的多功能化的學術思路，開展了微生物電化學系統的新功能開發研究，實現了微生物電化學系統協同處理有機廢水和重金屬廢水或者處理有機廢水和產氫，進一步拓展了研究領域。