[發明專利]電催化還原復合電極、制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201710675171.8
• 申請日: 2017-08-09
• 公開（公告）號: CN107364934B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 李愛民;吳一凡;宋海歐;甘玲;姜筆存;李文濤
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C02F1/70;C02F101/34;C02F101/36;C02F101/38
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅;朱顯國

本發明公開了一種電催化還原復合電極、制備方法及其應用，所述電極以石墨氈為基底，其基底上依次沉積多壁碳納米管、鎳金屬層和鈀金屬層；其步驟為：首先制備多壁碳納米管/石墨氈電極；后將該電極置于鎳鹽溶液中浸泡，通過高溫氮氣還原在其表面形成鎳金屬層；再在鈀鹽溶液中，通過直接金屬還原形成鈀金屬層，制備出鎳鈀雙金屬層復合電極。本發明制備的復合電極催化活性高、穩定性好，能夠快速高效電催化處理水中硝基苯類、氯酚類物質。

技術領域

本發明涉及一種用于水中硝基苯和氯酚類污染物電化學還原脫硝和脫氯的復合電極，屬于電化學水處理技術領域。

背景技術

硝基苯類和氯酚類污染物存在于工業廢水中，是非常典型的持久性有機污染物，廣泛存在于化工、染料、農藥和制藥等工業部門排放的廢水中，具有排放量大、難生物降解、有毒性或“三致”(致癌、致畸、致突變)作用等特點。這兩類物質均在苯環上含有強吸電子基團，如硝基和氯基。由于硝基苯類和氯酚類污染物的毒性和穩定性，其在環境中的殘留和積累，以及如何減輕或者消除這類化合物對環境的污染及毒性，引起了人們的日益關注。

目前，硝基苯類和氯酚類污染物的去除方法有處理方法主要有生物法、吸附法、高級氧化法和金屬還原法。吸附法富集分離后的污染物處理不當會導致二次污染。生物處理方面，由于硝基和氯基的存在使好氧生物氧化酶對苯環的親電子攻擊受到阻滯，因而對于這兩類污染物的處理效率很低。Fenton氧化、光催化氧化和超聲空化等高級氧化技術發展迅速，但依然存在處理效率低、成本高等缺陷，離推廣使用仍有較大差距。金屬還原法處理受pH值、金屬粒徑與比表面積、混合攪拌速度等多個因素影響，存在金屬易鈍化、傳質效率低、生成高毒終產物等缺陷。

電化學還原法直接通過電極進行界面反應，通過控制電流實現物質的還原，是一種高效、無副產物、無二次污染的環境友好技術，在廢水中生物難降解有機物的去除的環境污染治理方面，越來越受到人們的重視。電化學脫氯和脫硝得到了大量的研究，但因其在處理硝基苯類和氯酚類污染物時電流效率低、電極制備成本較高、催化活性一般等原因并沒有得到廣泛的推廣，高效穩定的電極仍然是電化學研究中的重點。在傳統電化學水處理中使用的多為板材電極，但是在其平板結構上，污染物的傳質方向和電流方向垂直，不利用電子的利用，而且電極上面會形成一層濃差極化薄膜，這會阻礙反應物質的傳質，不利用反應的發生。而三維的結構的電極具有更大的反應面積和更好的電流傳質作用，并且多孔的結構有利用反應物質的傳遞，所以三維結構的電極具有很好的應用前景。石墨氈（GF）是一種典型的廉價多孔，高比表面積，耐高溫耐腐蝕的三維無機碳材料，適合用于電化學水處理領域，但是其相比于金屬具有導電性較差、疏水等缺點。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有高效電化學還原能力的鎳鈀雙金屬層復合電極（Pd-Ni/MWCNTs/GF電極）及其制備方法，并將其用在對水中硝基苯和氯酚類污染物的電化學還原脫硝和脫氯上。

實現本發明目的的技術解決方案是：

本發明所述的復合電極，以石墨氈為基底，其基底上依次沉積多壁碳納米管、鎳金屬層和鈀金屬層。

上述復合電極的制備方法，包括以下步驟：

（1）取經預處理的石墨氈作為陰極，鈦板作為陽極，置于多壁碳納米管懸浮液中，以5-30mA電流進行電沉積，得到多壁碳納米管/石墨氈電極；

（2）取步驟（1）所得電極，置入鎳鹽溶液中，浸泡；

（3）取步驟（2）所得材料，在通入氮氣的管式爐中，加熱至750±20℃，持續燒結3小時，得到鎳/多壁碳納米管/石墨氈電極；

（4）取步驟（4）所得電極，浸入鈀鹽溶液中，放入搖床至溶液無色后取出，洗凈后、干燥，得到所述的復合電極。

本發明制備的復合電極在電催化硝基苯脫硝反應中的應用。

本發明制備的復合電極在電催化對氯酚脫氯反應中的應用。