VB12/石墨烯改性环氧树脂修饰的金属电极及在催化三氯乙酸脱氯中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种VB12/石墨烯改性环氧树脂修饰的金属电极及在催化三氯乙酸脱氯中的应用，本发明专利技术采用VB12/石墨烯改性环氧树脂修饰的金属电极为阴极，石墨电极为阳极，构成电解池装置，催化电解氯代消毒副产物三氯乙酸，电解6h内最高降解率达到60％，且有望通过提高石墨烯掺杂比提升电解效率。实现靶向脱氯，具有脱氯目标性强、脱氯效率高、无二次污染、电解装置简单、成本低等优点，为氯代消毒副产物三氯乙酸脱氯提供一种优良方法。氯乙酸脱氯提供一种优良方法。

【技术实现步骤摘要】
VB12/石墨烯改性环氧树脂修饰的金属电极及在催化三氯乙酸脱氯中的应用
(一)

[0001]本专利技术涉及一种VB12/石墨烯改性环氧树脂修饰的金属电极及在催化三氯乙酸脱氯中的应用。
(二)
技术介绍

[0002]氯是国内饮用水消毒最常用的消毒剂，但氯会与水中的天然有机物等反应生成各类具有“三致”作用的消毒副产物(DBPs)。目前已知的DBPs有700多种，其中较早识别的三卤甲烷和卤乙酸是最常见且被列入水质标准的含碳消毒副产物。三氯乙酸(Trichloroacetic acid，TCAA)是一种代表性的卤乙酸类消毒副产物细胞毒性及遗传毒性较强。
[0003]人体接触消毒副产物主要有三种途径皮肤吸收，直接摄入和呼吸吸入。水作为人体每天所必需的物质，水质安全必须得到保证。减少DBPs的途径主要包括前体物控制，替代消毒剂和DBPs的直接去除。但在水源水中有机物难以有效去除，氯消毒仍大规模广泛应用的情况下，自来水中DBPs的存在不可避免，在末端进行的DBPs控制是有效保障饮用水安全的途径。
(三)
技术实现思路

[0004]本专利技术目的是提供一种新型电极材料VB12/石墨烯改性环氧树脂修饰的金属电极及在电解三氯乙酸脱氯中的应用，直接针对C
‑
Cl的断裂进行催化电解，提升了电解效率，以期减少饮用水中难挥发三氯乙酸，为氯代消毒副产物的去除提供新材料和技术支持。
[0005]本专利技术采用的技术方案是：
[0006]本专利技术提供一种VB12/石墨烯改性环氧树脂修饰电极，所述电极按如下步骤制备：(1)将石墨烯纳米薄片加入维生素B12(VB12)粉末的乙醇分散液中，超声混合后，获得VB12/石墨烯混合液；
[0007](2)将步骤(1)全部的VB12/石墨烯混合液和壳聚糖混合，超声分散后，得到混合溶液；
[0008](3)将环氧树脂添加至步骤(2)全部的混合溶液中，超声分散后，在室温条件下旋蒸浓缩至无液体流出，浓缩物冷却后，加入水性固化剂并搅拌15min，获得VB12/石墨烯改性环氧树脂；
[0009](4)用涂覆棒将步骤(3)制备的VB12/石墨烯改性环氧树脂，均匀涂覆(金属两面涂抹均匀即可)在金属电极表面，得到VB12/石墨烯改性环氧树脂修饰的金属电极。
[0010]优选的，步骤(1)维生素B12粉末的乙醇分散液是将VB12粉末分散在乙醇中，在50Hz下超声混合20～30min后，得到VB12分散液；所述VB12粉末分散在乙醇的中的浓度为0.01～0.1mM，优选0.02mM。
[0011]优选的，步骤(1)石墨烯纳米薄片纯度>99.5％。
[0012]优选的，步骤(1)超声混合是在50Hz下超声30min后，于室温条件下搅拌混合20～
30min。
[0013]优选的，步骤(1)石墨烯纳米薄片添加量以乙醇体积计为10～30mg/mL，优选30mg/mL。
[0014]优选的，步骤(2)壳聚糖添加量以步骤(1)乙醇体积计为5～15mg/mL，优选15mg/mL，所述超声分散是在50Hz下超声30min。
[0015]优选的，步骤(3)环氧树脂添加量以步骤(1)乙醇体积计为1～3g/mL，优选2g/mL。所述水性固化剂添加量以步骤(1)乙醇体积记为0.1～3g/mL，优选0.2g/mL。所述超声分散是在50Hz下超声30min。
[0016]优选的，步骤(4)金属电极包括钢电极，所述金属电极在涂覆前先进行预处理，所述预处理方法为：金属电极先用乙醇和磨砂纸打磨至没有明显污垢，再用质量浓度20％氧化铝浆液(作用是抛光)和磨砂纸打磨至呈光亮镜面，用蒸馏水冲洗干净后，先置于无水乙醇中50Hz超声5min，再置于蒸馏水中50Hz超声5min，取出后清洗晾干，制得预处理后的金属电极。
[0017]本专利技术还提供一种所述VB12/石墨烯改性环氧树脂修饰的金属电极在催化三氯乙酸脱氯中的应用，所述的应用为：以石墨电极为阳极，以VB12/石墨烯改性环氧树脂修饰的金属电极为阴极，以三氯乙酸水溶液作为电解液，以0.5g/L硫酸钠水溶液为电解质增加导电性，电流密度为20mA/cm2，在避光、搅拌条件下进行电解催化脱氯反应(优选反应6h)，实现三氯乙酸的降解。
[0018]优选的，所述阳极和阴极间隔30mm。所述三氯乙酸水溶液浓度为100～500μg/L，优选200μg/L。
[0019]本专利技术的基本原理是原子H
·
和VB12转移电子对三氯乙酸协同脱氯(如式1)。
[0020]电解催化三氯乙酸脱氯反应中，阴极处的修饰电极主要发生还原反应：阴极产生原子H
·
(如式2)，同时阴极处还存在缺失电子的C原子。产生的原子H
·
，与氯相邻的C原子作用形成C
‑‑
H键，增强了相应C原子上的电子云密度，同时降低了附近的C
‑
Cl键的能量，使C
‑
Cl键更易受到亲核基团的攻击(如式3
‑
7)，有利于促进反应的进行，加快脱氯速率。
[0021]CCl3COOH+4H
·
+2e
‑
→
CH3COOH+H
+
+3Cl
‑
ꢀꢀꢀꢀ
(式1)
[0022]H2O+e
‑
→
H
·
+OH
‑
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(式2)
[0023]CCl3COOH
→
H
+
+CCl3COO
‑
(式3)
[0024]CCl3COO
‑
+H
·
→
·
CCl3COO+e
‑ (式4)
[0025]·
CCl3COO+H
+
+2e
‑
→
·
CCl2HCOO+Cl
‑
ꢀꢀ
(式5)
[0026]·
CCl2HCOO+H
+
+2e
‑
→
·
CClH2COO+Cl
‑ (式6)
[0027]·
CClH2COO+H
+
+2e
‑
‑→
·
CH3C00+Cl
‑
ꢀꢀꢀ
(式7)
[0028]与现有技术相比，本专利技术有益效果主要体现在：
[0029]本专利技术采用VBl2/石墨烯改性环氧树脂修饰的金属电极为阴极，石墨电极为阳极，构成电解池装置，催化电解氯代消毒副产物三氯乙酸，电解6h内最高降解率达到60％，且有望通过提高石墨烯掺杂比提升电解效率。实现靶向脱氯，具有脱氯目标性强、脱氯效率高、无二次污染、电解装置简单、成本低等优点，为氯代消毒副产物三氯乙酸脱氯提供一种优良方法。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种VB12/石墨烯改性环氧树脂修饰电极，其特征在于，所述电极按如下步骤制备：(1)将石墨烯纳米薄片加入维生素B12粉末的乙醇分散液中，超声混合后，获得VB12/石墨烯混合液；(2)将步骤(1)全部的VB12/石墨烯混合液和壳聚糖混合，超声分散后，得到混合溶液；(3)将环氧树脂添加至步骤(2)全部的混合溶液中，超声分散后，在室温条件下旋蒸浓缩至无液体流出，浓缩物冷却后，加入水性固化剂并搅拌15min，获得VB12/石墨烯改性环氧树脂；(4)用涂覆棒将步骤(3)制备的VB12/石墨烯改性环氧树脂，均匀涂覆在金属电极表面，得到VB12/石墨烯改性环氧树脂修饰的金属电极。2.如权利要求1所述VB12/石墨烯改性环氧树脂修饰电极，其特征在于，步骤(1)维生素B12粉末的乙醇分散液是将VB12粉末分散在乙醇中，在50Hz下超声混合20
‑
30min后，得到VB12分散液；所述VB12粉末分散在乙醇的中的浓度为0.01
‑
0.1mg/mL。3.如权利要求1所述VB12/石墨烯改性环氧树脂修饰电极，其特征在于，步骤(1)超声混合是在50Hz下超声30min后，于室温条件下搅拌混合20
‑
30min。4.如权利要求1所述VB12/石墨烯改性环氧树脂修饰电极，其特征在于，步骤(1)石墨烯纳米薄片添加量以乙醇体积计为10
‑
30mg/mL。5.如权利要求1所述VB12/石墨烯改性环氧树脂修饰电极，其特征在于，步骤(2)壳聚糖添...

【专利技术属性】
技术研发人员：马晓雁，何家琪，郑慧明，胡溪超，黄思浓，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：