[發明專利]一種FeOCl/氮磷自摻生物炭陰極的制備方法及其污水處理中的應用

有效

• 申請號: 202210108936.0
• 申請日: 2022-01-28
• 公開（公告）號: CN114426320B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 張國權;胡曉昕;楊鳳林
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C02F1/72
• 代理公司: 大連智高專利事務所(特殊普通合伙) 21235
• 代理人: 張欽

本發明屬于電化學技術領域，公開了一種FeOCl/氮磷自摻生物炭陰極的制備方法及其污水處理中的應用。本發明旨在克服傳統芬頓體系的缺點，提供一種空氣擴散陰極，將其運用于電芬頓體系中，在無曝氣的情況下生成H₂O₂，且生成的H₂O₂直接在電極表面被FeOCl催化生成HO·。同時陽極材料采用析氧電位高的材料，利用水分子在陽極表面的氧化形成HO·。在體系中引入PMS，形成陰陽兩極耦合PMS協同降解有機污染物體系。降低成本的同時提高污染物的降解效率。

技術領域

本發明屬于電化學技術領域，本發明涉及一種FeOCl/氮磷自摻生物炭陰極的制備方法及其污水處理中的應用。

背景技術

高級氧化技術作為傳統生物法的一種補充型污水處理技術，常用于降解難以被生物法降解的持續性有機污染物處理。典型的有臭氧催化氧化、芬頓、類芬頓、濕式催化氧化等技術。它們主要通過反應過程中間接產生的氧化還原電位很高自由基對難降解污染物進行攻擊，使其分解為易降解的中間產物或直接礦化H₂O和CO_2。

芬頓技術作為高級氧化技術領域最為常見的污水技術之一，其基本原理是利用Fe²⁺和H₂O₂在酸性條件下發生反應，生成強氧化性自由基HO?，通過HO?間接氧化水中難降解的污染物質。但該技術存在H₂O₂運輸過程易燃易爆，且容易受光、受熱易分解、PH限制范圍小等缺點。電芬頓技術可以通過陰極原位電催化生成H₂O₂，避免了傳統芬頓法的缺陷，同時可以將Fe³⁺原位還原生成Fe²⁺，使Fe²⁺在體系中可以循環再生。相比于均相反應，非均相電芬頓體系可在較高pH值、較廣譜pH范圍下催化H₂O₂產生HO?，且反應過程中不產生鐵泥，具有較好的工程應用前景。

合適的陰極材料是電芬頓體系構建的基礎。由于芬頓體系需要過氧化氫的參與，一種適合的陰極材料需要在氧還原過程中通過二電子轉移生成H₂O₂，同時限制反應過程中四電子轉移，以及析氫等副反應的產生。文獻中報道過很多對于H₂O₂選擇性很高的材料，如Hg?Au、Ag、Cu和AuCu等，其法拉第效率可以達到90%之上，然而昂貴的價格，有毒物質的析出等弊端限制了其廣泛的使用。

陽極氧化法也常用于污染物的降解。污染物既可以在陽極表面直接被氧化，也可以被在陽極表面通過水氧化成的HO?得以降解。傳統的陽極材料如碳棒、釕銥鈦等，由于其氧化還原電位低，在反應體系中更容易直接和水反應生成氧氣，副反應的發生與污染物的降解形成競爭關系，從而降低了污染物的直接氧化，減少了反應過程中強氧化性自由基HO?的生成，增加了體系的能耗輸出。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種FeOCl/氮磷自摻生物炭陰極的制備方法及其污水處理中的應用，本發明旨在克服傳統芬頓體系的缺點，提供一種空氣擴散陰極，將其運用于電芬頓體系中，在無曝氣的情況下生成H₂O₂，且生成的H₂O₂直接在電極表面被FeOCl催化生成HO?。同時陽極材料采用析氧電位高的材料，利用水分子在陽極表面的氧化形成HO?。在體系中引入PMS，形成陰陽兩極耦合PMS協同降解有機污染物體系。降低成本的同時提高污染物的降解效率。

本發明的上述目的是通過以下技術方案實現的：一種FeOCl/氮磷自摻生物炭陰極，包括氣體擴散層和催化層以及FeOCl層；其中氣體擴散層為疏水型碳布，催化層由自制的氮磷自摻雜的生物炭、聚四氟乙烯混合而成。

上述FeOCl/氮磷自摻生物炭陰極的制備方法，具體步驟包括：