[發(fā)明專利]TiO2納米孔陣列電極光電催化測定化學(xué)需氧量的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810033303.8
• 申請日: 2008-01-31
• 公開（公告）號: CN101221146A
• 公開（公告）日: 2008-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周保學(xué);劉艷彪;白晶;鄭青;李金花;蔡偉民
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G01N27/416
• 分類號: G01N27/416
• 代理公司: 上海交達專利事務(wù)所
• 代理人: 毛翠瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種TiO₂納米孔陣列電極光電催化測定化學(xué)需氧量的方法，屬于環(huán)境監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，化學(xué)需氧量(COD)的測定方法主要有重鉻酸鉀法、微波消解法、分光光度法以及庫侖法等。但上述這些方法在操作過程中往往需要消耗大量的實驗藥品、準確性差、過程繁瑣，費時而且還可能對環(huán)境造成二次污染，這顯然會限制這些方法的推廣和應(yīng)用。近年來，為解決上述問題，提出了許多測定COD的新方法和手段。中國發(fā)明專利(公開號CN1696684A)采用鈦基TiO₂納米管陣列電極光電催化的方法測定水質(zhì)COD，提高了測定效率，縮短了測定時間，并從根本上消除了COD測定過程中的環(huán)境污染問題。但是采用鈦基TiO₂納米管陣列薄膜作為光電催化測定COD的電極，由于電極是由半導(dǎo)體TiO₂納米管與金屬鈦基體直接結(jié)合，當(dāng)納米管受到機械外力作用時，或者當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時，因材料膨脹系數(shù)不同，導(dǎo)致納米管與金屬鈦間內(nèi)應(yīng)力發(fā)生變化時，就會發(fā)生納米管與基體間的開裂或斷裂，甚至造成納米管陣列薄膜與基底的剝離。鈦基TiO₂納米管陣列電極這些特征會嚴重地影響其機械穩(wěn)定性和光電催化性能，從而影響鈦基TiO₂納米管陣列電極的電化學(xué)性能、光電催化性能，進而影響COD測定的穩(wěn)定性與準確性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種TiO₂納米孔陣列電極光電催化測定化學(xué)需氧量的方法，不會造成電極表面納米薄膜開裂和脫落，提高電極穩(wěn)定性，進而提高COD測定的穩(wěn)定性。

為實現(xiàn)這一目的，本發(fā)明利用TiO₂納米孔陣列電極進行光電催化測定水質(zhì)COD，以金屬鈦基TiO₂納米孔陣列薄膜為光陽極，通過測定反應(yīng)器中有機物光電催化反應(yīng)的電化學(xué)信號來測定COD值。

本發(fā)明的具體方法是：測定COD的光電催化反應(yīng)在一反應(yīng)池中進行，以金屬鈦基TiO₂納米孔陣列薄膜為光陽極，金屬鉑(如鉑片)做對電極，Ag/AgCl做參比電極，以惰性無機鹽如硫酸鈉為電解質(zhì)，向反應(yīng)池中注入待測COD水樣溶液，在光陽極上施加偏電壓0.2～1.5V，同時紫外光通過反應(yīng)池一側(cè)的石英窗口照射至反應(yīng)池內(nèi)TiO₂納米孔陣列薄膜光陽極上，通過測定反應(yīng)池中有機物光電催化反應(yīng)的電化學(xué)信號來測定COD值。

本發(fā)明所述的鈦基TiO₂納米孔陣列薄膜電極，可以由金屬鈦在含有氫氟酸或氟化物的有機電解質(zhì)溶液中陽極氧化，并經(jīng)超聲波超聲處理去除鈦表面松散薄膜后，得到的由金屬鈦和鈦表面的氧化鈦構(gòu)成的鈦基氧化鈦納米孔陣列材料，再經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后得到。

本發(fā)明所述的反應(yīng)池，可以是薄層微型反應(yīng)池，其反應(yīng)池槽間距為0.1～0.2mm，槽內(nèi)每側(cè)槽壁面積為0.7～2cm²。

當(dāng)反應(yīng)池采用薄層微型反應(yīng)池時，本發(fā)明所述的電化學(xué)信號可以是有機物完全光電催化氧化時所消耗的庫侖電量值；根據(jù)已知水樣完全光電催化氧化時所消耗的庫侖電量值和COD的響應(yīng)曲線，來測定未知水樣的COD值。

本發(fā)明所述的反應(yīng)池，也可以是常規(guī)反應(yīng)池。

當(dāng)反應(yīng)池采用常規(guī)反應(yīng)池時，本發(fā)明所述的電化學(xué)信號可以是有機物光電催化氧化時的光生飽和電流值；根據(jù)已知水樣光生飽和電流值和COD的響應(yīng)曲線，來測定未知水樣的COD值。

本發(fā)明所述的TiO₂納米孔陣列薄膜其納米孔的孔徑處于60～400nm范圍。

本發(fā)明采用TiO₂納米孔陣列薄膜電極光電催化測定化學(xué)需氧量，與已有技術(shù)相比具有顯著的優(yōu)點。測定方法中使用的工作光陽極-TiO₂納米孔陣列薄膜電極，與TiO₂納米管陣列薄膜電極相比，TiO₂在金屬鈦基體上的結(jié)合位點(力的支撐位點)多，結(jié)合牢固，耐受機械作用力或耐受環(huán)境溫度變化引起的應(yīng)力變形開裂作用強，穩(wěn)定性高，有利于光生電子快速傳遞到金屬基體，有利于減少TiO₂納米孔陣列薄膜上電子與空穴的復(fù)合，進而提高測定方法的穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明鈦基TiO₂納米孔陣列薄膜電極的電鏡照片。