一种应用于电活化PDS体系修饰双金属的石墨毡电极的制备方法及应用技术

一种应用于电活化PDS体系修饰双金属的石墨毡电极的制备方法及应用，属于电化学水处理技术领域。本发明专利技术以石墨毡为基体，通过超声浸渍将铁铜双金属组分均匀分散于石墨毡纤维表面，在强持续通入氮气的条件下高温煅烧，可获得以CuFe2O4、CuO、Cu为主要活性组分的双金属石墨毡电极。与原始石墨毡相比，改性石墨毡作为阴极材料时，电活化与过渡金属活化两者协同，提高PDS活化效率，在酸性、中性、弱碱性条件下均可显著提升对有机污染物的降解能力，而且该工艺反应条件温和、易于控制，石墨毡价格低廉，故具有良好的应用前景。故具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于电活化PDS体系修饰双金属的石墨毡电极的制备方法及应用


[0001]本专利技术属于电化学水处理
，涉及到一种双金属修饰的石墨毡电极的制备方法及应用，主要应用于电活化PDS高级氧化体系降解水中的有机污染物。

技术介绍

[0002]传统的高级氧化技术主要是利用
·
OH来降解污染物，但若溶液的PH较高，则降解效果会明显降低，而且经济成本高，操作步骤繁琐，近年来，因为硫酸根自由基(SO4
·
‑
)((E0＝2.5～3.1V))的氧化还原电位比
·
OH(E0＝1.9～2.8V)的更高；有更长的半衰期(T
SO4
·
‑
＝30
‑
40us，T
·
OH
＝<1us)，对污染物的去除性能更优异；产生硫酸根自由基的原料易得，价格低廉，易于储存；pH耐受性范围更宽，基于硫酸根自由基的高级氧化技术在PH为中性或碱性的溶液中，对污染物也有较好的去除效果，所以该技术开始逐渐适用于难生化降解的污水处理中。
[0003]过硫酸盐高级氧化技术是以SO4
·
‑
为主要活性分子氧化降解有机物的技术，该技术的核心是活化过硫酸盐产生SO4
·
‑
，主要有热活化、光活化、过渡金属活化、活性炭活化、电化学活化等活化方式，其中电化学活化是一种新型的活化方式。电活化过硫酸盐技术降解有机污染物的原理是：反应溶液中的过硫酸盐在阴极表面得电子，生成具有强氧化能力的硫酸根自由基，然后自由基与体系中的有机污染物进行反应，达到降解污染物的目的。近来，炭基材料已经成为了常用的阴极材料，尤其是石墨毡由于价格低廉且具有较大的比表面积以及良好的化学稳定性，在水处理领域被广泛使用。
[0004]实现硫酸根自由基高级氧化技术高效催化降解持久性有机污染物的关键在于提高过硫酸盐的利用率。将铁铜活性组分负载到阴极，即在电活化的基础上引入过渡金属活化，Fe
2+
、Cu
2+
、Cu
+
会活化过硫酸盐生成SO4
·
‑
、Fe
3+
、Cu
3+
、Cu
2+
，一方面Cu
3+
不稳定，会与HSO5‑
反应快速转化为Cu
2+
，Cu
2+
又可与HSO5‑
或者部分Cu0转化为Cu
+
，而Fe
3+
会与HSO5‑
转化为Fe
2+
,Fe
3+
也可与Cu
+
生成Fe
2+
和Cu
2+
，另一方面Fe
3+
、Cu
3+
也会在阴极得电子生成Fe
2+
和Cu
2+
，这样金属离子之间相互转化，提高了过硫酸盐的利用率，产生更多的硫酸根自由基快速且完全降解污染物。总之，该体系PDS活化方式组合新颖，pH适用范围广，PDS利用率高，可将有机污染物快速完全降解。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是制备一种应用于电活化PDS体系的双金属修饰石墨毡电极，提高反应溶液中过硫酸盐的利用效率，进而产生更多的硫酸根自由基完全去除有机污染物。
[0006]具体改性电极的制备方法如下:
[0007](1)将石墨毡切割，使石墨毡完全浸入丙酮溶液，然后放入超声波清洗器中超声清洗30
‑
60min；将丙酮回收，再用去离子水数次清洗，以除去石墨毡表面残留的丙酮，得到去除表面油污及杂质的石墨毡；将洗好的石墨毡干燥如放入80℃烘箱中干燥，备用；
[0008](2)将步骤(1)处理的石墨毡放入马弗炉中，在持续通入空气条件下500℃煅烧2h
‑
4h，得到热处理后的的石墨毡电极；
[0009](3)配置浓度为1
‑
9mM的Cu(NO3)2溶液，并加入聚乙烯吡咯烷酮，待溶液混合均匀后，备用；根据铁氰化钾：硝酸铜为1：0.3
‑
3(摩尔比)，配置一定浓度的铁氰化钾溶液；再使用注射器将铁氰化钾溶液逐滴滴入混合的硝酸铜溶液中，形成晶体沉淀物，充分搅拌一定时间后，加入步骤(2)热处理改性的石墨毡，超声浸渍10
‑
30min后，取出电极，干燥，备用；聚乙烯吡咯烷酮在Cu(NO3)2与铁氰化钾的混合溶液中的浓度为每70ml溶液对应0.4
‑
0.6g聚乙烯吡咯烷酮；
[0010](4)将步骤(3)干燥好的电极放入马弗炉，在通入氮气的保护下450℃
‑
750℃煅烧0.5
‑
3h，最终得到制备完成的铁铜双金属修饰的石墨毡电极。
[0011]最终石墨毡电极负载的物质包括Cu、CuO、CuFe2O4。
[0012]采用上述专利技术制备的铁铜双金属修饰的石墨毡电极用作电活化过硫酸盐高级氧化体系的阴极材料，去除污水中的有机污染物。
[0013]与现有技术相比，本专利技术具有以下优异效果：
[0014]1.本专利技术的基体石墨毡价格低廉，经步骤(2)热处理改性后，亲水性增加且表面出现凹槽，负载更多的双金属活性组分，活化位点显著增加，对污染物的去除效率大幅度提高。
[0015]2.将双金属活性组分负载到石墨毡上，相当于在电活化PDS的基础上，又增加了过渡金属活化，两者协同，提高了PDS的利用效率，产生更多的SO4
·
‑
，可快速且完全降解污染物，对污染物的矿化率提高，pH适用范围广，可适用于pH为3
‑
10的降解体系中。
附图说明
[0016]图1为本专利技术方法制备前后的石墨毡电极扫描电镜图(图1(A)为对比例1，图1(B)为实施例1)
[0017]图2为本专利技术方法制备的双金属修饰石墨毡电极的XRD图
[0018]图3为本专利技术实施例1及对比例对敌草隆废水的降解效果图
[0019]图4为本专利技术实施例2对敌草隆废水的降解效果图
[0020]图5为本专利技术实施例3对敌草隆废水的降解效果图
[0021]图6为本专利技术实施例4对敌草隆废水的降解效果图
具体实施方式
[0022]下面结合附图和具体实施例来进行说明，但本专利技术并不限于以下实施例。
[0023]实施例1
[0024](1)将石墨毡切割成统一的2*5cm的小块并放进烧杯中，将丙酮倒入烧杯，使石墨毡完全浸入丙酮溶液，把烧杯放入超声波清洗器中超声清洗30min，然后将丙酮回收，再用去离子水数次清洗，以去处石墨毡表面残留的丙酮，将洗好的石墨毡放入80℃烘箱中干燥，得到预处理后的石墨毡，储存备用；
[0025](2)将预处理的石墨毡放入马弗炉中，在通入一定流量的氧气下500℃高温煅烧3h，得到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于电活化PDS体系修饰双金属的石墨毡电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将石墨毡切割，使石墨毡完全浸入丙酮溶液，然后放入超声波清洗器中超声清洗30
‑
60min；将丙酮回收，再用去离子水数次清洗，以除去石墨毡表面残留的丙酮，得到去除表面油污及杂质的石墨毡；将洗好的石墨毡干燥；(2)将步骤(1)处理的石墨毡放入马弗炉中，在持续通入空气下500℃煅烧2h
‑
4h，得到热处理后的的石墨毡；(3)配置一定浓度含有聚乙烯吡咯烷酮的硝酸铜溶液，备用；同时配置一定浓度的铁氰化钾溶液，然后将其逐滴滴入混合的硝酸铜溶液中，形成晶体沉淀物，充分搅拌后，加入步骤(2)热处理改性的石墨毡，超声浸渍10
‑
30min后，取出电极，干燥，备用；(4)将步骤(3)干燥好的电极放入马弗炉，在通入一定流量氮气的保护下450℃
‑
750℃煅烧0.5
‑
3h，最终得到制备完成的铁铜双金属修饰的石墨毡电极。2.按照权利要求1所述的一种应用于电活化PDS体系修饰双金属的石墨毡电极的制备方法，其特征在于，步骤(3)中含有聚乙烯吡咯烷酮的硝酸铜溶液中硝...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙治荣，朱立靖，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：