[發(fā)明專利]一種摻銅氮化碳電極、制備方法及其應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112456612A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何盈盈;嚴(yán)浩琪;夏禹周;王鑫;李瑞康;薛慧
• 申請（專利權(quán)）人: 西安建筑科技大學(xué)
• 主分類號: C02F1/467
• 分類號: C02F1/467;C02F1/72;C02F101/30
• 代理公司: 西安恒泰知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61216
• 代理人: 孫雅靜

本發(fā)明公開了一種摻銅氮化碳電極、制備方法及其應(yīng)用，所述的摻銅氮化碳電極包括石墨片基底電極和涂敷在石墨片基底電極表面的摻銅氮化碳，所述的摻銅氮化碳由摻銅氮化碳的前驅(qū)體經(jīng)過煅燒制得。本發(fā)明在制備摻銅氮化碳電極時，采用了前驅(qū)體合成、煅燒法和涂敷法等方法，將合成的摻銅氮化碳材料負(fù)載于石墨片表面，制備過程中無需任何模板和催化劑，工藝簡單且成本低廉，以所述的摻銅氮化碳電極為陰極，以石墨片為陽極，以包含Na₂SO₄和多菌靈的混合溶液為電解質(zhì)溶液，組成陰極電芬頓體系，進(jìn)行多菌靈的降解，降解效率高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種摻銅氮化碳電極、制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，人工合成的難降解有機(jī)污染物(Persistent OrganicPollutants，POPs)種類越來越多，主要來源于石油化工、藥物、農(nóng)藥合成和印染等行業(yè)，其毒性大，尤其是染料、抗生素藥物等，會對市政污水生物處理系統(tǒng)產(chǎn)生毒性，故難以通過生物法進(jìn)行降解。因此，探索一種經(jīng)濟(jì)有效的治理方法對含POPs廢水進(jìn)行源頭處理迫在眉睫。

電芬頓法將電化學(xué)與芬頓反應(yīng)結(jié)合起來，在陰極還原溶解氧以持續(xù)產(chǎn)生H₂O₂，并與溶液中的Fe²⁺催化劑反應(yīng)生成強(qiáng)氧化劑羥基自由基(OH)，是降解甚至礦化這類有機(jī)污染物的強(qiáng)勁技術(shù)。電芬頓法對污染物的降解效率高，且不直接降解污染物，而是通過還原溶解氧生成強(qiáng)氧化物質(zhì)來實(shí)現(xiàn)降解，同時，對溶解氧的含量需求也不高，故能耗低，經(jīng)濟(jì)成本十分理想。但是，H₂O₂的生成產(chǎn)率較低，是制約電芬頓法應(yīng)用的主要因素之一。電芬頓法中H₂O₂的生成量依賴于陰極材料，陰極材料的研究也因此成為電芬頓技術(shù)最活躍的研究領(lǐng)域之一。

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)是最穩(wěn)定的氮化碳同素異形體，在其結(jié)構(gòu)中，C、N原子均為sp²雜化而構(gòu)成平面共軛結(jié)構(gòu)，為類石墨二維層狀材料，具有化學(xué)熱穩(wěn)定性好，耐酸堿，無毒，原料易得及便于改性等特點(diǎn)。此外，在g-C₃N₄片中由六個氮原子組成的豐富的“氮盆”提供了許多活躍的俘獲位點(diǎn)來封裝金屬離子。因此，改性的g-C₃N₄是一種具有研究意義的陰極材料。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有陰極材料在電芬頓過程中催化效果的不足，本發(fā)明提供了一種摻銅氮化碳電極、制備方法及其應(yīng)用。

為解決上述問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種摻銅氮化碳電極，所述的摻銅氮化碳電極包括石墨片基底電極和涂敷在石墨片基底電極表面的摻銅氮化碳，所述的摻銅氮化碳由摻銅氮化碳的前驅(qū)體經(jīng)過煅燒制得。

具體的，所述的摻銅氮化碳的前驅(qū)體的制備包括將銅鹽溶于強(qiáng)酸中得到混合溶液，然后將氮化碳前驅(qū)體加入所述的混合溶液中，過濾洗滌并將濾渣干燥后即得，所述的氮化碳前驅(qū)體包括三聚氰胺或尿素中的一種或多種。

具體的，所述的銅鹽包括氯化銅、硝酸銅和醋酸銅的一種或多種，所述的強(qiáng)酸包括高錳酸、鹽酸、硫酸、硝酸、高氯酸、硒酸、氫溴酸、氫碘酸和氯酸中的一種或多種，所述的銅鹽與氮化碳前驅(qū)體的摩爾比為(0～4):4，其中銅鹽的物質(zhì)的量不為0。

具體的，所述的強(qiáng)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35～39％，所述的煅燒溫度為500～600℃。

一種摻銅氮化碳電極的制備方法，該方法用于制備本發(fā)明所述的摻銅氮化碳電極，包括以下步驟：

步驟1：將銅鹽溶于強(qiáng)酸中得到混合溶液，然后將三聚氰胺加入所述的混合溶液中，過濾洗滌后，將濾渣干燥后即得摻銅氮化碳的前驅(qū)體；

步驟2：將摻銅氮化碳的前驅(qū)體進(jìn)行煅燒后冷卻，得到摻銅氮化碳；