[發明專利]一種引入活性氫的電芬頓陰極及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201811457412.2
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109518234B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 穆楊;劉曉成;何傳書;王藝碹
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: C25D3/12
• 分類號: C25D3/12;C25D5/48;C25D7/00;C02F1/461;C02F1/72;C02F101/30;C02F101/34;C02F101/36;C02F101/38
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本發明提供了一種引入活性氫的電芬頓陰極及其制備方法和應用，所述引入活性氫的電芬頓陰極包括：基底電極；負載在所述基底電極表面的Ni/NiO異質結；所述Ni/NiO異質結由電鍍形成的金屬鎳和該金屬鎳形成的氧化層組成。與現有技術相比，本發明通過在基底電極表面負載引入活性氫的結構——Ni/NiO異質結，增加了活性氫在電芬頓陰極上的存在時間，從而能夠在中性條件下還原Fe³⁺，加強均相芬頓反應中鐵離子的還原，實現抗生素等有機物更加徹底的礦化；并且，該Ni/NiO異質結中性條件下幾乎不與溶液發生反應且其本身也不參與反應，從而使所述引入活性氫的電芬頓陰極結構穩定，同時循環穩定性好，可長時間運行。

技術領域

本發明涉及水處理技術領域，更具體地說，是涉及一種引入活性氫的電芬頓陰極及其制備方法。

背景技術

隨著近年來化工、農業、醫藥等領域的發展，新興有機污染物逐漸成為環境領域備受關注的熱點。新興有機污染物的不完全降解會產生難以完全預知的中間產物，部分中間產物毒性遠高于本體污染物，進一步加大了這類有機物的危害。目前，高級氧化法(Advancedoxidation process簡稱AOP)常用于抗生素廢水的處理，其中，電芬頓法被認為是對水體中抗生素徹底礦化最有效的方法之一。其最顯著的特征是通過陰極原位產生過氧化氫，再由Fe²⁺和H₂O₂反應生成羥基自由基(·OH)，·OH能夠將有機物徹底礦化。而·OH的持續生成，需要體系中的Fe²⁺處于有效狀態，溶解態的Fe³⁺可以輕易的在陰極還原成Fe²⁺，然而Fe³⁺在中性條件下極易轉化成Fe(OH)₃沉淀。Fe(OH)₃沉淀難以被還原，阻礙了羥基自由基的持續生成。而持續向體系中補充酸雖然可抑制Fe(OH)₃的生成，但是酸的加入不僅會腐蝕設備，而且處理后的廢水在排放前還需要回調pH，顯著增加了廢水處理的成本。

目前，非均相催化劑是在中性條件下加強Fe³⁺還原的方法，主要是通過引入Ce³⁺，Cu⁺等金屬離子加速Fe³⁺還原來避免鐵的沉淀。而目前大多數的非均相催化劑，在實際運行過程中穩定性不佳，回收困難，需要反復投入，而其制備帶來成本遠高于直接投入Fe²⁺離子。同時，引入的其他金屬離子，可能會帶來水體的二次污染。因此需要引入無污染的高活性還原性物質等高活性還原性物質用于中性條件下Fe³⁺還原，具有重要的環境意義。

電芬頓體系中會原位產生氫氣，然而氫氣雖然具有還原性，卻不能起到還原Fe³⁺的作用。實際上，在體系產生氫氣的時候會產生活性氫，但碳材料本身不能有效的增加活性氫中間體在體系中的停留時間。因此，如果可以構造一種能夠增加活性氫存在時間的陰極結構，有效解決中性條件下Fe³⁺不能還原的問題，由此說明活性氫在電芬頓體系有寬廣的應用前景。但是，利用體系原位產生的活性氫，在中性條件下高效礦化有機廢水的陰極鮮有報道。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種引入活性氫的電芬頓陰極及其制備方法和應用，本發明提供的引入活性氫的電芬頓陰極結構穩定，能夠在中性條件下還原Fe³⁺，實現有機物的礦化。

本發明提供了一種引入活性氫的電芬頓陰極，包括：

基底電極；

負載在所述基底電極表面的Ni/NiO異質結；

所述Ni/NiO異質結由電鍍形成的金屬鎳和該金屬鎳形成的氧化層組成。

優選的，所述基底電極選自石墨板、活性碳纖維、碳氈或石墨氈。