TiO2/Ti-Cu2O/Cu光催化废水燃料电池的设计与性能研究
大量未经处理的有毒有害物质、工业废水以及居民生活污水直接排放进入水体，不仅造成了严重的环境污染和生态破坏，而且影响居民的日常生活甚至威胁人体的健康和安全。生物法等传统污水处理技术难以满足日益严格的处理要求，也无法有效利用污水中所含的大量化学能，是一种巨大的能源浪费。本论文设计了一个新型的TiO2/Ti-Cu2O/Cu光催化废水燃料电池（PFC），并针对污水中有机污染物尤其是难以生物降解的污染物的高效降解，以及降解过程中的化学能的转化利用展开了研究。 首先，论文在HF-H2O介质和含氟离子的柠檬酸介质中，利用电化学阳极氧化法制备了不同规格（管长、管径）的TiO2纳米管阵列薄膜电极（TNA），湿式化学法制备了Cu2O纳米线薄膜电极，并采用电镜扫描（SEM）技术观察材料表面结构。 其次，论文以TNA为光阳极，Cu2O纳米线薄膜电极为光阴极，构建了TiO2/Ti-Cu2O/Cu光催化废水燃料电池，并针对阳极材料、电解质种类和浓度、溶液pH值、底物种类和浓度、光照强度等因素对PFC电池性能进行了优化研究。实验结果表明，PFC具有良好的光电响应，且经过对比后发现管长越长的TNA，其于PFC体系中的短路电流（Jsc）和最大输出功率密度（JVmax）也越大。当pH为7，电解质选择0.10 mol L-1的标准磷酸盐溶液，底物为0.05 mol L-1的葡萄糖时，在100 mW cm-2光强下，PFC的Jsc可达0.24 mA cm-2，JVmax可达0.44×10-4 W cm-2。 最后，论文还选择了三种偶氮染料为底物对PFC的光催化降解性能以及体系稳定性展开了研究。结果显示，PFC体系具较好稳定性和降解能力，在100 mW cm-2下光照8 h，对甲基橙、亚甲基蓝、刚果红的脱色率分别达67％、88%和63%，在电极光照面积仅为1 cm2时，对亚甲基蓝溶液的TOC去除率最高可至38%。实验也证实偶氮染料的光降解符合一级动力学模型，反应速率常数分别为0.2708 h-1（亚甲基蓝）、0.1356 h-1（甲基橙）、0.1207 h-1（刚果红）。
燃料电池;光催化降解;有机污染物;降解能力;废水处理
上海交通大学
硕士
环境工程
李金花
2014
中文
X172;X703
84
2015-09-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）