[發明專利]一種鐵氧體修飾改性碳纖維布電極及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201910498749.6
• 申請日: 2019-06-10
• 公開（公告）號: CN110156119B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 姚晶晶;李海普;屠焓鈺;楊兆光;茶麗娜;攸婭嫻;夏琳琳
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C02F1/78
• 代理公司: 濟南幫友知識產權代理事務所(普通合伙) 37269
• 代理人: 張小鴿

本發明公開了一種鐵氧體修飾改性碳纖維布電極及其制備方法和應用，包括以下步驟：1)改性碳纖維布制備；2)鐵氧體材料修飾改性碳纖維布電化學陰極制備。本發明還公開了該鐵氧體材料修飾改性碳纖維布電極及其應用。該鐵氧體材料修飾改性碳纖維布電化學陰極，可用于電化學/臭氧耦合水處理體系。該制備方法原材料取材便捷、制備過程簡單、成本低廉、催化活性高、電極性能優越，是一種低能耗、高效率、污染物礦化完全的水處理技術。利用本發明所制備的鐵氧體修飾的改性碳纖維布電化學陰極在循環電過濾體系降解持久性有機污染物(POPs)具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于污水深度處理領域，具體涉及鐵氧體修飾改性碳纖維布電極及其制備方法和應用，特別涉及利用鐵氧體修飾改性碳纖維布電化學陰極和碳纖維布陽極在電化學/臭氧耦合體系降解POPs類污染物方面的應用。

背景技術

水環境中POPs的來源主要是通過以下兩條途徑：一是含有較高濃度POPs的生活污水、工業廢水、醫院廢水等經過污水處理廠的不完全去除進入河流湖泊等自然水體；二是農業、畜牧業、水產業廢水直接排放或地下滲濾使POPs進入水環境中。由于POPs組分廣泛和在污水中濃度低，傳統處理技術去除此類污染物的能力十分有限。因此需要研究降解效果更好的工藝，進一步提高污水處理的水質。

近幾年來高級氧化技術(Advanced oxidation processes，AOPs)的發展越來越好，它是以更強氧化能力的羥基自由基(OH·)為特點的污水深度處理技術。羥基自由基的氧化還原電位為2.8V，高于臭氧(2.08V)和液氯(1.36V)，與有機污染物反應時，具有更高的反應速率(可達10⁶～10⁹mol/(L·s))，而且進行氧化時無選擇性，可將水中的有機物徹底轉化為CO₂和H₂O。目前常用的高級氧化技術有Fenton氧化法、電化學氧化法、催化臭氧化法以及H₂O₂/O₃、UV/O₃等耦合臭氧化方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是由于POPs組分廣泛和在污水中濃度低，傳統處理技術去除此類污染物的能力十分有限。

基于以上技術問題，

本發明提供了一種鐵氧體修飾改性碳纖維布電極的制備方法，該制備方法原材料取材便捷、制備過程簡單、成本低廉、催化活性高、電極性能優越，是一種低能耗、高效率、污染物礦化完全的水處理技術。

該電極的制備中的改性碳纖維布由強氧化性溶液或堿性溶液進行表面改性，鐵氧體為單一或者多元鐵的氧化物。

本發明還提供了所述的制備方法得到的鐵氧體修飾改性碳纖維布電極，用于電化學/臭氧耦合水處理體系，改性碳纖維布和鐵氧體共同催化原位雙氧水和臭氧高效產生羥基自由基，提高水處理效能。

本發明還提供了鐵氧體修飾改性碳纖維布電化學陰極的應用。利用本發明所制備的鐵氧體修飾改性碳纖維布電極高效催化雙氧水和臭氧產生羥基自由基方面具有很大前景。

具體地，本發明所采用的技術方案為：

一種鐵氧體修飾改性碳纖維布電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)改性碳纖維布的制備：用強氧化性溶液或堿性溶液對碳纖維布進行表面改性，干燥烘干即得；

2)鐵氧體修飾改性碳纖維布的制備：水熱共沉淀法制備鐵氧體時加入步驟1)得到的改性碳纖維布，得到鐵氧體修飾改性碳纖維布電極。

進一步地，

步驟1)所述的強氧化性溶液為：濃硝酸，濃硫酸，氯、溴、碘的含氧酸，芬頓試劑，過硫酸鹽溶液，高鐵酸鉀溶液的一種或幾種；本發明中，對于強氧化性溶液的選擇包括但不限于以上幾種。