本技术介绍了一种新型纳米级电极,具备电催化和光催化双重活性。制备过程涉及钛基板的预处理,包括打磨、碱液处理和草酸浸泡,随后通过非平衡火焰气溶胶技术形成中间层,并精确调控射频功率以优化性能。
背景技术
水污染控制领域现有技术包括物理法如沉淀、过滤等,可去除大颗粒杂质但对溶解性污染物效果有限;生物法依赖微生物代谢,处理周期较长且对有毒物质敏感。化学法如絮凝沉淀易产生二次污染。电化学和光化学技术在水污染控制中有显著优势。电化学技术可通过电化学反应直接降解污染物,操作简便、反应速度快,能处理多种难降解有机物。光化学技术利用光能激发产生强氧化性物质,对有机污染物去除效率高,且无二次污染风险。两者在污废水深度处理中,能针对低浓度、难降解污染物进行有效去除,具有高效、节能、环保等特点,为水污染控制提供了新的有效途径。
光化学水污染控制技术主要利用光能激发化学反应来去除水中污染物。其中光催化技术是核心方法之一。基本原理是:光催化剂在光照下产生电子-空穴对,电子与水中的溶解氧反应生成超氧自由基等强氧化性物质,空穴则与水或氢氧根离子反应生成羟基自由基。这些活性物种能氧化分解有机污染物,使其转化为无害物质。光催化技术的优势在于:高效环保,能利用太阳能,无二次污染;适用范围广,可降解多种有机污染物;反应条件温和,常温常压下即可进行。然而,该技术也存在一些劣势。在光催化剂的催化活性方面,目前的光催化剂对太阳光的利用率有限,量子效率不高。稳定性方面,光催化剂在长期使用过程中可能会发生光腐蚀、团聚等现象,降低其活性和稳定性。平板式光催化剂效率方面,由于受光面积有限,传质效率不高,导致整体处理效率相对较低。
电化学水污染控制技术利用电化学反应来处理水体中的污染物。基本原理是在电极两端施加电压,使水中的污染物在电极表面或溶液中发生氧化还原反应,从而实现污染物的去除或转化。其中电催化技术是重要手段之一。优势在于:反应速度较快,可以通过调节电压和电流等参数控制反应进程;适用范围广,能处理多种类型的污染物;设备相对简单,操作方便。但也存在一些劣势。在电催化剂的催化活性方面,目前的电催化剂活性仍有待提高,对一些难降解污染物的处理效果有限。稳定性方面,在长期运行过程中,电催化剂可能会受到腐蚀、污染等影响,导致活性下降。电催化剂效率方面,由于电极表面的反应可能受到传质限制、副反应等因素影响,使得实际效率低于理论值。此外,电催化过程中可能会消耗较多的电能,运行成本较高。
在水污染控制领域,光催化和电催化技术未来发展方向广阔。一方面,需开发更高性能的光催化剂和电催化剂,提高催化活性、稳定性及效率。对于光催化,应致力于提高对可见光的利用率,设计新型纳米结构催化剂以增加比表面积和活性位点。对于电催化,探索新型电极材料和结构,降低过电位,提高电流效率。但在目前的技术研究中,较少设计将光催化和电催化技术有机结合的成熟技术。目前实验室阶段研究较多的光电催化技术,其本质上也是一种光催化技术,是利用电场提供的偏压来强化光催化过程中的电子传递过程,因此也无法避免光催化技术的一些本质缺陷,特别是对于对复杂水体中多种污染物协同去除,技术的适应性和可靠性还有待提高。
三、
实现思路