[發(fā)明專利]零價鈷活性炭基催化顆粒電極的制備方法及應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710927187.3
• 申請日: 2017-10-09
• 公開（公告）號: CN107585833B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁文艷;張文文;李雪
• 申請（專利權(quán)）人: 北京林業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C02F1/72
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及污廢水處理領(lǐng)域，具體地，涉及一種零價鈷活性炭基催化顆粒電極的制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明所述的催化顆粒電極包括活性炭粉、粘結(jié)劑及負(fù)載在活性炭粉上的零價鈷催化劑，負(fù)載零價鈷質(zhì)量占活性炭質(zhì)量的8 wt%~10 wt%。本發(fā)明的方法包括活性炭粉預(yù)處理、鈷鹽溶液配制、催化劑負(fù)載、粘結(jié)劑配制、顆粒電極制備和焙燒活化幾個步驟。本發(fā)明制備的零價鈷活性炭基催化顆粒電極，制備方法操作簡單、能耗低、導(dǎo)電性好、原料成本低、鈷負(fù)載量高、催化活性高，運(yùn)用在三維電催化反應(yīng)體系中，在較低電流和電壓條件下，能高效降解去除水中有毒有害有機(jī)物。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及污廢水處理領(lǐng)域，具體涉及一種負(fù)載催化金屬元素的零價鈷催化顆粒電極的制備方法及其對水中有毒有害有機(jī)物的降解去除。

技術(shù)背景

有毒有害有機(jī)物，成分復(fù)雜，大量存在于各種污水、廢水和水體中，嚴(yán)重影響著環(huán)境安全及人體健康。由于有毒有害物質(zhì)的毒性，一般難于生物降解，常采用高級氧化技術(shù)進(jìn)行降解去除。三維電催化氧化法是高級氧化技術(shù)的一種，因具有去除污染物效率高、占地面積小、選擇性強(qiáng)等特點(diǎn)，而受到廣泛關(guān)注。

鈷是一種過渡金屬，由于其較小的原子半徑及特殊的電子結(jié)構(gòu)，被廣泛應(yīng)用于多相催化體系中。通常鈷催化劑是以鈷氧化物和零價鈷單質(zhì)的形態(tài)存在，需要將其負(fù)載在載體上使用。目前，對于零價鈷催化劑負(fù)載與制備的方法主要有：液相還原法、浸漬法、熱分解法和脈沖電流沉積法等。其中，液相還原法，是在液相或非常接近液相的狀態(tài)下，原料物質(zhì)發(fā)生一定的電解或化學(xué)反應(yīng)后直接被還原成零價鈷顆粒的方法，常用的還原劑有水合肼、硼氫化鹽、次磷酸鹽和多元醇等，但該方法制備需要較強(qiáng)的還原劑添加，一般情況下制得的催化劑的粒徑較大，顆粒穩(wěn)定性及性能較差。熱分解法，是指鈷的有機(jī)化合物在高溫下分解產(chǎn)生鈷原子，再由鈷原子生成零價鈷顆粒材料，但分解過程需要用到價格昂貴的有機(jī)配體和大量的有機(jī)試劑，且生成的粉末易團(tuán)聚，需要進(jìn)行二次粉碎，成本較高。脈沖電流沉積法，利用電鍍工藝，將催化劑鍍在載體表面，其優(yōu)點(diǎn)是催化劑分布均勻不易脫落，缺點(diǎn)是能耗高，對載體要求嚴(yán)格。浸漬法是將催化劑載體浸于濃度一定的鈷溶液中，振蕩吸附一定時間，取出烘干，然后高溫焙燒，這種方法操作過程簡便、能耗低，但是浸漬法負(fù)載制備出的鈷催化劑通常是以鈷氧化物的形態(tài)存在，且多為粉末樣品，容易流失。

因此，本發(fā)明采用過量浸漬法，以聚乙烯醇和羧酸為粘結(jié)劑造粒，在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下高溫焙燒，通過物理混合、一步煅燒法制備出零價鈷活性炭基催化顆粒電極，運(yùn)用于三維電催化處理系統(tǒng)中。該制備方法操作簡單、能耗低、導(dǎo)電性好、原料成本低、鈷負(fù)載量高、催化活性高，在較低電流和電壓條件下，能高效降解去除水中有毒有害有機(jī)物。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是將活性炭基的吸附性能和零價鈷具有的催化性能相結(jié)合，提供了一種零價鈷活性炭基催化顆粒電極及其制備方法，使其具有污染物降解去除率高、催化活性高、粒子電極吸附性能高、能耗低等特點(diǎn)且制備方法簡單。

本發(fā)明的再一目的是提供上述顆粒電極材料，運(yùn)用在三維電催化反應(yīng)體系中，高效處理水中的有毒有害物質(zhì)。

本發(fā)明提供一種負(fù)載零價鈷于活性炭基催化顆粒電極的制備方法，包括如下步驟：

(1)活性炭粉預(yù)處理：用水清洗活性炭粉，振蕩、分離后烘干，冷卻至室溫；

(2)鈷鹽溶液的配制：將硝酸鈷或硫酸鈷溶解于水中，鈷離子的摩爾濃度為0.3～0.7mol/L；

(3)催化劑負(fù)載：將(1)中的活性炭粉按質(zhì)量體積比1g:5～8L浸漬在鈷鹽溶液(2)中，振蕩、離心后烘干，冷卻至室溫；

(4)粘結(jié)劑制備：在水浴條件下將聚乙烯醇溶于水中，待聚乙烯醇完全溶解后，同時加入羧酸和催化劑，進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，冷卻至室溫；

(5)顆粒電極制備：將(3)中的活性炭粉與(4)中的粘結(jié)劑按質(zhì)量體積比1g:1～2L混合均勻，造粒，烘干；