[發明專利]一種硼鈷共摻雜的長壽命TiO2

有效

• 申請號: 201911402543.5
• 申請日: 2019-12-30
• 公開（公告）號: CN110921792B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 周明華;蔡靜菊;許鑫
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C02F1/72;C02F101/34;C02F101/36
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本發明主要涉及一種硼鈷共摻雜的長壽命TiO₂納米管電極制備及其電氧化降解有機污染物方法。該方法以鈦板和鉑片分別為陽極和陰極，利用陽極氧化法在電壓為60V下，電解液組成為NH₄BF₄?H₂O?EG的條件下電解4h，制備摻雜硼的TiO₂納米管，然后在電解質NH₄F?H₂O?EG中，在60V下氧化30min，然后在硝酸鈷的乙醇溶液中進行浸泡，最后在氫氬混合氣中，在一定溫度下煅燒2h。該方法制備的電極對有機物降解在相同條件下對2，4?D的速率常數為未摻雜電極的1.2倍且壽命增加了122.8倍，具有較好的應用于有機污染物尤其是難降解有機污染物電化學氧化降解應用前景。

技術領域

本發明屬于環境工程領域，涉及一種硼鈷共摻雜的長壽命TiO₂納米管電極制備及其電氧化降解有機污染物方法。

背景技術

電化學氧化因其在陽極上產生氧化能力很強的活性物質(如·OH等)或目標物直接在電極表面氧化，無需投加其他試劑就能實現有機污染物的降解，是一種綠色高效的處理新方法。其中陽極材料起著關鍵的作用，理想的陽極應該具有析氧電勢高、導電性能好、耐酸堿腐蝕、電催化活性高等特性。Ti電極是目前較常用的電極，為提升其比表面積和催化位點，鈦基TiO₂納米管是重要的應用方向，但存在電阻大、穩定性低等缺陷。目前的工作主要體現在兩個方向：一是以TiO₂納米管為基底在其表面沉積金屬氧化層，如SnO₂和PbO₂等，但此類電極容易造成二次污染和電極壽命較短等缺點；另一類是以TiO₂納米管為電極進行還原以降低電阻，如氫氣還原和電化學還原等。氫氣還原通常得到Ti_nO_2n-1納米管電極，此類電極雖然催化活性好但是通常需要在800℃溫度下進行還原，條件苛刻且電極穩定性差。電化學還原得到的主要是Blue-TiO₂納米管電極，此類電極雖然析氧電位高，但是容易被氧化造成其壽命極短影響其工業應用。

因此，延長TiO₂納米管電極的壽命對實現電極的環境應用至關重要。近來，有研究者利用Co元素來對TiO₂納米管進行摻雜以延長其壽命，雖然壽命提高了很多但是其電極性能只能達到DSA電極相近的水平，對有機污染物的降解能力仍比較差。因此尋求一種性能好、壽命長的陽極材料對促進電極的工業應用和水處理電化學技術的發展意義重大。

發明內容

本發明的目的是克服TiO₂納米管壽命短的缺陷，發展一種硼鈷共摻雜的長壽命TiO₂納米管電極制備及其電氧化降解有機污染物方法。

本發明的目的通過以下步驟實現

a)電極制備：

以鈦板(1.5×2cm)為陽極，鉑片為陰極，在電壓為60V下，電解液組成為 NH₄BF₄(0.2-0.8wt％)-5wt％H₂O-EG(乙二醇)的條件下電解4h，然后在電解質組成為0.1wt％NH₄F-1wt％H₂O-EG的條件下，在60V下進行二次氧化30min，然后在含1-10mM硝酸鈷的乙醇溶液中進行浸泡15min，浸泡步驟重復3次，最后在5-25％氫氬混合氣中，在400-600℃下煅燒2h，最后自然冷卻后取出。

b)降解有機物：

以制備的上述硼鈷共摻雜的TiO₂納米管電極為陽極，不銹鋼網為陰極，在電流密度為5-20mA/cm²條件下進行降解。

本發明具有以下的突出特點和有益效果：

(1)通過以上方法成功的制備出具有硼鈷共摻雜的納米管結構。