一种Ni(OH)2电极电化学降解水体中氯代甲烷的方法技术

本发明专利技术公开了一种Ni(OH)2电极电化学降解水体中氯代甲烷的方法，属于用电化学方法对水、废水、污水或污泥的处理技术领域。本发明专利技术方法首先制备氢氧化镍电极，通过构建电解反应体系，并以氢氧化镍电极为工作电极，结合电解液对氯代甲烷进行电解降解。该方法简单便捷，便于实现，所用电极成本低、制备简单、结构稳定，可实现重复循环利用。同时，本方法能够在较短时间内实现对污染水体中氯代甲烷的降解，降解的主要产物为甲烷，对环境无害并利于实现对甲烷能源的回收利用。烷能源的回收利用。烷能源的回收利用。

【技术实现步骤摘要】
一种Ni(OH)2电极电化学降解水体中氯代甲烷的方法


[0001]本专利技术涉及用电化学方法对水、废水、污水或污泥的处理
，尤其涉及一种Ni(OH)2电极电化学降解水体中氯代甲烷的方法。

技术介绍

[0002]氯代甲烷作为原料和有机溶剂在工业领域得到十分广泛的应用，目前产量和用量都很大，也导致了氯代甲烷在环境中的大量排放。氯代甲烷具有易挥发、毒性大、生物难降解、环境危害性强等特点，对生物具有“致癌、致畸、致突变”作用，是一类危害性极大的物质。因此，污染水体中氯代甲烷的高效降解成为了全球环境学术研究热点之一。
[0003]目前，治理污染水体中氯代甲烷的方法主要有：物理法(吹脱、膜分离、吸附法等)、生物法(微生物降解法、植物降解法)和化学法(氧化法、还原法)。物理法通过物理分离或相转移过程，可将多种疏水有机污染物(HOCs)混合吸附去除，但其选择性分离目标HOCs的难度较高，可能造成二次污染，且不能实现污染物的彻底脱卤降解。生物法降解氯代甲烷有一定效果且具有成本较低、无二次污染等优点，但是生物对生存环境要求较高，适用范围有较大局限性，多限于实验室规模，且对氯代甲烷的去除效率相对较低。化学法包括化学氧化法和化学还原法，其中化学氧化法主要分为直接氧化法和高级氧化法。直接氧化法因其氧化剂的氧化电位不高，对氯代甲烷的降解效率较低。高级氧化法降解水体中的污染物是近年来的研究热点，具有反应时间短、速度快、降解彻底等优点，但其成本高、反应容器受限，对含氯量高的污染水体处理效果可能一般。化学还原法即向废水中添加还原性材料，使废水中氯代甲烷不断还原脱氯，最终达到降低氯代甲烷含量的技术，其中电化学还原法是在电解槽阴极上得到电子，或者间接还原，利用电解过程中形成的氧化还原介质去除污染物。Ni(OH)2具有成本低、易于合成、结构稳定和催化性能高等优点，是一种具有前景的电催化材料。

技术实现思路

[0004]有鉴于现有技术的上述缺陷，在本专利技术的第一方面，提供了一种适用范围大、污染小、稳定性好和效率高的Ni(OH)2电极电化学降解水体中氯代甲烷的方法，包括如下步骤：
[0005](1)将硫酸镍水溶液与碱液混合并得到储备液，储备液静置进行反应至形成稳定、反应完全的悬浊液，备用；
[0006](2)将所述悬浊液与全氟磺酸基聚合物混合均匀，得到混合液；取该混合液涂布于电极表面，干燥后制得氢氧化镍电极，备用；
[0007](3)以所述氢氧化镍电极和电解液组建电解反应体系，向电解反应体系中加入氯代甲烷，通过电解反应完成氯代甲烷的降解。
[0008]电解反应反应过程中，氢氧化镍电极表面的部分Ni(II)被还原为Ni(0)，自活化形成的Ni(0)
‑
Ni(OH)2电极，有利于保持体系中活性氢物质的持续生成，作用于氯代甲烷的脱卤去除。Ni(0)作为电子导体可催化产生具有强还原活性的原子氢(H
·
，E0＝
‑
2.1V)，原子
氢同时作用于氯代甲烷的还原脱氯以及Ni(II)的还原，进而实现降解氯代甲烷的目的。
[0009]优选的，所述步骤(1)中，所述碱液为氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液中的至少一种。
[0010]优选的，所述步骤(1)中，所述储备液中正二价镍离子的浓度为50～200mmol/L；所述储备液的的pH为8.0～10.0。
[0011]优选的，所述步骤(2)中，所述悬浊液与所述全氟磺酸基聚合物混合的体积比为4～9：1。
[0012]优选的，所述步骤(2)中，所述涂布的涂布量为0.05～0.10mL/cm2。
[0013]优选的，所述步骤(2)中，所述电极为玻碳电极。
[0014]优选的，所述步骤(3)中，所述电解液为硫酸钠水溶液、硫酸钾水溶液、氯化钠水溶液、氯化钾水溶液中的至少一种。
[0015]优选的，所述步骤(3)中，所述电解液的摩尔浓度为1～4mmol/L。
[0016]优选的，所述步骤(3)中，所述氯代甲烷为三氯甲烷、四氯甲烷中的至少一种。
[0017]优选的，所述步骤(3)中，所述电解反应施加的电压为1.2～2.0V。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：
[0019]本专利技术提供了一种Ni(OH)2电极电化学降解水体中氯代甲烷的方法，该方法简单便捷，便于实现，所采用的Ni(OH)2电极成本低、制备简单、结构稳定，可实现重复循环利用。本专利技术对污染水体中的氯代甲烷可实现较短时间内的有效降解，降解的主要产物为甲烷，对环境无害且便于实现对甲烷能源的回收利用。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例1的Ni(OH)2电极电化学降解水体中氯代甲烷的方法及对产物检测的流程图；
[0021]图2为本专利技术实施例1降解四氯甲烷过程中，四氯甲烷及其产物的浓度与各物质初始浓度的比值随时间的变化关系；
[0022]图3为本专利技术实施例2降解三氯甲烷过程中，三氯甲烷及其产物的浓度与各物质初始浓度的比值随时间的变化关系。
具体实施方式
[0023]下面通过实施例的方式进一步说明本专利技术，但并不因此将本专利技术限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
[0024]实施例1
[0025]Ni(OH)2电极电化学降解水体中氯代甲烷的方法：
[0026](1)分别配置浓度为100mmol/L的硫酸镍水溶液和浓度为100mmol/L的氢氧化钠水溶液，将氢氧化钠水溶液加至硫酸镍水溶液中，得到pH＝8.0的储备液，储备液中正二价镍离子的浓度控制为50mmol/L；将储备液静置24h，反应得到稳定、反应完全的悬浊液，备用；
[0027](2)取1.8mL所述悬浊液与0.2mL全氟磺酸基聚合物混合均匀，得到混合液；另取0.4mL该混合液，将其均匀地涂布在尺寸为2cm
×
2cm的玻碳电极两面，随后在空气中风干，
得到氢氧化镍电极，备用；
[0028](3)以体积为50mL的电解池构建电解反应体系，该体系以所述氢氧化镍电极为工作电极，并以浓度为2mmol/L的硫酸钠水溶液为电解液，电解液的工作体积为30mL；随后向电解反应体系中加入四氯甲烷，四氯甲烷的浓度为25μmol/L，并以500rpm的速率搅拌电解液，施加1.5V电压进行电解反应，完成四氯甲烷的降解。
[0029]在电解反应对四氯甲烷进行降解的过程中，采用顶空法测量反应体系中四氯甲烷及反应主要产物(三氯甲烷、二氯甲烷、甲烷)的浓度。为了保证测试的准确性，反应体系保持密封，在不同的反应时刻进行取样并用气相色谱仪(Shimadzu，GC2010，日本)对各物质当前浓度(C)与其初始浓度(C0)之比(C/C0)进行检验。图2中，碳平衡是指初始投加入污染物碳原子的总量与反应后剩余污染物和产物碳原子总量的比较。由图2可知，反应5小时后，四氯甲烷的去除率可达79.0％，三氯甲烷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Ni(OH)2电极电化学降解水体中氯代甲烷的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将硫酸镍水溶液与碱液混合并得到储备液，储备液静置进行反应至形成稳定、反应完全的悬浊液，备用；(2)将所述悬浊液与全氟磺酸基聚合物混合均匀，得到混合液；取该混合液涂布于电极表面，干燥后制得氢氧化镍电极，备用；(3)以所述氢氧化镍电极和电解液组建电解反应体系，向电解反应体系中加入氯代甲烷，通过电解反应完成氯代甲烷的降解。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述碱液为氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液中的至少一种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述储备液中正二价镍离子的浓度为50～200mmol/L；所述储备液的的pH为8.0～10.0。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄理志，陈维国，邓佳，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：