[發(fā)明專利]基于碳氈負載鈷顆粒的電芬頓陰極材料的制備方法及其在污水處理中的應用

有效

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• 申請日: 2020-02-12
• 公開（公告）號: CN111153470B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發(fā)明（設計）人: 吳西林;伍日昕;尤斌崇;陸佳瀅;蒙艷粉;陳建榮
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C02F1/72;C02F101/34;C02F101/38
• 代理公司: 新鄉(xiāng)市平原智匯知識產權代理事務所(普通合伙) 41139
• 代理人: 路寬

本發(fā)明公開了一種基于碳氈負載鈷納米顆粒的電芬頓陰極材料的制備方法及其在污水處理中的應用，按規(guī)格裁剪碳氈材料并進行去離子水和乙醇浸泡預處理；使用氫氧化鉀溶液浸泡預處理后的碳氈材料；再將碳氈材料置于管式爐中，在氮氣氛圍中燒制；將碳氈材料清洗，干燥備用；使用硝酸鈷與聚乙烯吡咯烷酮的甲醇溶液浸泡碳氈材料；再加入二甲基咪唑的甲醇溶液至原浸泡液中，繼續(xù)浸泡碳氈材料；經過上述浸泡反應在碳氈表面沉積一層鈷?二甲基咪唑金屬有機框架化合物；反應后將負載鈷?二甲基咪唑的碳氈陰極材料干燥并置于管式爐中，在氮氣氛圍中燒制，最終制得碳氈負載鈷納米顆粒的電芬頓陰極材料。本發(fā)明綠色高效且電極材料能反復多次利用。

技術領域

本發(fā)明屬于電芬頓陰極材料的合成及電芬頓污水處理技術領域，具體涉及一種基于碳氈負載鈷納米顆粒的電芬頓陰極材料的制備方法及其在污水處理中的應用。

背景技術

隨著工業(yè)水平的不斷發(fā)展，我國主要江河湖泊不同程度地受到污染，我國水污染主要以有機物污染為主，在過去的幾十年里，合成染料的環(huán)境影響是一個值得關注的問題。紡織、皮革、造紙、塑料及制藥和食品等行業(yè)每年都會產生大量被染料污染的廢水。在所有合成染料中，偶氮染料構成了工業(yè)應用中最大和最重要的一類染料。即使在非常低的濃度下，染料的存在便會使出水高度著色，而且由于其毒性或致突變性和致癌特性，會引起生態(tài)和環(huán)境問題。因此，被偶氮染料污染的廢水的降解引起了全世界的興趣。在各種處理方法中，高級氧化過程(AOP)被認為是降解偶氮染料的最有效方法之一，它涉及產生強大的氧化物質，如羥基自由基(·OH)，它們會攻擊染料分子，從而使污染物有效降解。此方法綠色高效且成本較低，可以廣泛運用于污水處理及土壤處理方面。

當AOP與電化學結合時，這些過程稱為電化學高級氧化過程(EAOP)。這些技術基于羥基自由基的電生成，與其它AOP相比的主要優(yōu)點是使用清潔試劑，即電子。據研究在降解持久性有機污染物方面，高級氧化工藝(AOPs)的應用已成為一種極好的替代方案。EAOP可以有效地應用于污染物溶液，化學需氧量在0.1-100g/L范圍內。Electro-Fenton(EF)與加入過氧化氫的典型Fenton工藝不同，在EF工藝中，過氧化氫通過陰極氧還原而原位電生成過氧化氫。然后通過Fenton反應產生羥基自由基，其中H₂O₂分解由Fe²⁺離子或其它金屬離子催化。該方法已成功應用于礦化持久性有機污染物。目前，傳統(tǒng)的電芬頓技術需要在溶液中加入鐵離子，容易產生絮凝和電極表面污染。此外，傳統(tǒng)的電芬頓技術還面臨著氧化效率低下，電極不易重復使用等缺點。因此，開發(fā)新型非均相催化型電極顯得尤為必要。

發(fā)明內容

本發(fā)明解決的技術問題是提供了一種基于碳氈負載鈷顆粒的電芬頓陰極材料的制備方法，該方法制得的活性電極材料作為工作電極，在pH適宜的條件下，通入空氣，使氧氣在活性電極材料表面還原生成過氧化氫，該過氧化氫進一步催化產生大量羥基自由基，進而氧化降解污水中的有機污染物。

本發(fā)明為解決上述技術問題采用如下技術方案，基于碳氈負載鈷顆粒的電芬頓陰極材料的制備方法，其特征在于具體步驟為：

步驟S1：按規(guī)格裁剪碳氈材料并進行去離子水和乙醇浸泡預處理，干燥備用；

步驟S2：使用氫氧化鉀溶液浸泡步驟S1預處理后的碳氈材料，干燥備用；

步驟S3：將步驟S2氫氧化鉀溶液浸泡處理過的碳氈材料置于管式爐中，在氮氣氛圍中以5℃/min的升溫速率升溫至600～900℃燒制2小時；

步驟S4：將步驟S3燒制完成后的碳氈材料清洗，干燥備用；

步驟S5：使用硝酸鈷與聚乙烯吡咯烷酮的甲醇溶液浸泡步驟S4得到的碳氈材料；

步驟S6：再加入二甲基咪唑的甲醇溶液至步驟S5的原浸泡液中，繼續(xù)浸泡碳氈材料；