[發明專利]一種負載混合價態鐵的活化碳氣凝膠電極的制備方法及應用

有效

• 申請號: 201210161622.3
• 申請日: 2012-05-22
• 公開（公告）號: CN103420458A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 趙國華;王宇晶;趙紅穎;柴守寧;王亞波
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C02F1/469
• 分類號: C02F1/469;C02F1/72
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 林君如

技術領域

本發明屬于水處理技術領域，尤其是涉及一種Fe(mix)/ACA電極的制備方法及其在電吸附協同作用下電芬頓法降解有機廢水的應用。

背景技術

水污染加劇和水資源匱乏已成為當今的熱點問題，如何迅速有效的處理水體中的污染物質，一直是環保工作者努力探索的課題。近年來，以臭氧(O₃)氧化、電化學氧化、光催化氧化、超聲協同氧化等為代表的高級氧化技術(Advanced?Oxidation?Processes簡稱AOP)的出現為我們提供了處理水體中污染物的新思路。高級氧化技術最顯著的特點是以羥基自由基(·OH)為主要氧化劑，該技術通過由不同途徑產生的羥基自由基誘發一系列自由基鏈反應，無選擇地直接攻擊水體中的各種污染物，直至將其降解為CO₂、H₂O和其他礦物鹽。由于·OH比其它常見的氧化劑具有更高的標準電極電勢(2.80V，僅次于氟2.87V)，氧化能力極強，反應活性極高，是水處理過程所需的理想氧化劑，所以不斷提高·OH的生成率和利用率是高級氧化技術的重要課題。

Fenton氧化法是一種傳統的高級氧化法(AOP)，其實質是H₂O₂在Fe²⁺的催化作用下生成·OH。此方法能氧化去除一般水處理技術無法降解的有機物。但是由于需要直接添加Fe²⁺和大量H₂O₂，藥劑費用高；且H₂O₂的初始濃度較高，易分解為水和氧氣，反應物利用率低；另外，由于反應物在開始時一次性加入，導致反應初期·OH大量快速產生，使得有機物的降解速率起初很快，然而隨著反應的進行，使得污染物的降解速率很快降低，嚴重影響了·OH的利用率。

與傳統的芬頓法相比，電芬頓法可原位產生H₂O₂，只需在體系中加入少量的Fe²⁺即可持續產生大量·OH，H₂O₂的利用率高、費用低廉和操作簡便；而且H₂O₂是在陰極生成，可與在陰極聚集的Fe²⁺直接發生反應，避免了反應物的富集與傳質過程，能有效提高·OH的生成速率。該法利用溶解氧在陰極表面還原生成的H₂O₂與Fe²⁺發生芬頓反應，生成的Fe³⁺在陰極又被還原成Fe²⁺繼續與H₂O₂發生芬頓反應，反應機理可簡單表示為：

O₂+2H⁺+2e^-→H₂O₂????????????(1)

Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+OH^-+·OH????(2)

Fe³⁺+e^-→Fe²⁺???????????????(3)

主要的電-Fenton陰極包括ACF、碳電極、RVC和空氣擴散電極等。然而目前的電芬頓技術處理方法的pH在2～4范圍內效果較好，而在近中性條件下鐵離子容易生成沉淀而失去催化作用，處理效果變差；而且后續中和處理產生大量鐵泥，處理工藝變復雜，處理成本增大，阻礙了其廣泛應用。為了實現催化劑重復使用和擴寬芬頓反應對pH應用范圍，將鐵氧化物固定到載體上制備非均相催化劑，催化H₂O₂產生·OH降解水中污染物已成為芬頓技術的發展趨勢。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種兼備高效原位產生H₂O₂及高催化活性的雙功能一體化異相電芬頓陰極材料的負載混合價態鐵的活化碳氣凝膠電極的制備方法及應用。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種負載混合價態鐵的活化碳氣凝膠電極的制備方法，通過電極結構設計和基體表面改性，以活化碳氣凝膠為基體，控制氧化程度，水熱法一步合成混合價態鐵氧化合物，包括以下步驟：