一種用于污染物降解的海綿電極及其制備和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于降解污染物的電極及其制備和應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種用于污染物降解的海綿電極制備及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，水環(huán)境污染日益嚴(yán)重，工業(yè)廢水排放的污染物已對生態(tài)安全造成了危害。減少和消除工業(yè)污染源的排放，減少進(jìn)入水環(huán)境中污染物的量，減少其造成污染的程度和范圍，是水環(huán)境中污染物治理的重點(diǎn)。因此，研究開發(fā)高效、經(jīng)濟(jì)的復(fù)合污染水處理新技術(shù)成為全世界環(huán)保工作者關(guān)心的熱點(diǎn)。
[0003]例如，公開號為CN102603054A的中國發(fā)明專利申請文獻(xiàn)公開了一種利用納米銀催化臭氧的水處理方法，向盛有污水的臭氧接觸反應(yīng)器中通入臭氧，同時(shí)投加納米銀，然后在保持?jǐn)嚢璧臈l件下，控制反應(yīng)停留時(shí)間為5min-90min，即完成了利用納米銀催化臭氧的水處理。
[0004]在最近幾年，納米銀材料由于其具有良好的生物相容性和優(yōu)異的化學(xué)，電學(xué)和電催化性能，在催化劑改性中應(yīng)用廣泛。由于Ag納米線相比于納米銀具有尖端微放電效果，能提高電化學(xué)過程中污染物降解。
[0005]近年來，利用光電催化、臭氧氧化、活性炭吸附和加氯的方法降解污染物得到越來越多的研究。光電催化，由于其適用于難溶有機(jī)物且二次污染較小，在化工、能源及環(huán)境等領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景，作為一種極具前途的污染物處理技術(shù)而被研究學(xué)者所重視，銀納米線、碳納米管、二氧化鈦均具有特殊的降解能力，尤其是在有機(jī)污染物處理上具有明顯優(yōu)勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種用于降解污染物的海綿電極及其制備和應(yīng)用，制備操作簡單易行，無需特殊的設(shè)備儀器和化學(xué)試劑，制備得到的電極穩(wěn)定性和氧化能力均明顯提高。
[0007]—種用于降解污染物的海綿電極的制備方法，包括如下步驟:
[0008](I)將Ag納米線粉末和電解質(zhì)加入蒸餾水中，超聲分散后攪拌2?3h，制得Ag納米線溶液;將多壁碳納米管和表面活性劑加入蒸餾水中，超聲分散得多壁碳納米管溶液；
[0009](2)將海綿先在所述多壁碳納米管溶液中浸滲，再在Ag納米線溶液中電沉積，得負(fù)載Ag納米線和多壁碳納米管的電極；
[0010](3)將T12的乙醇溶液浸漬到步驟(2)所得電極上，烘干制得負(fù)載Ag納米線、多壁碳納米管和T12的海綿電極。
[0011]本發(fā)明將改性碳納米管材料即MffNTs(多壁碳納米管)通過浸漬的方法固定于海綿電極上，再通過電沉積將Ag納米線、T12負(fù)載于海綿電極表面，在光電催化技術(shù)下，降解污染物。
[0012]浸漬溶液所用材料MWNTs具有巨大的比表面積(本發(fā)明說用多壁碳納米管的比表面積在10-20m2/g內(nèi))、超強(qiáng)的機(jī)械性能、高的化學(xué)和熱穩(wěn)定性以及良好的導(dǎo)電能力，結(jié)合到支撐材料上，提高了電極的導(dǎo)電性，且為多孔材料，容易將Ag、Ti02負(fù)載到MWNTs表面;Ag納米線具有良好的生物相容性和優(yōu)異的化學(xué)、電學(xué)和電催化性能，且由于尖端放電，提高污染物降解效果;T12在電化學(xué)的降解基礎(chǔ)上，融入光催化原理，分析有機(jī)污染物催化降解的最佳條件，在可見光條件下發(fā)生催化反應(yīng)，可以提高污染物的降解率，光電催化適用于難降解有機(jī)物，且二次污染較小。T12作為一種典型的光催化劑，在紫外光的照射下降解有機(jī)污染物具有良好的穩(wěn)定性和較高的光催化性。實(shí)驗(yàn)表明，污染物的降解效果和光催化氧化有關(guān)，即使是在高毒性濃度的條件下，T12也具有較好的降解能力。
[0013]本發(fā)明的基底電極片用廉價(jià)、吸附性強(qiáng)、可塑性強(qiáng)、可重復(fù)使用的普通海綿作支撐材料，直接通過商購獲得，海綿電極的尺寸:60mmX 18mmX 2mm，每個(gè)條件設(shè)置2片海綿作對照，另添加一片相同大小的碳?xì)謱Ρ确治觥?br>[0014]作為優(yōu)選，步驟(I)中Ag納米線粉末以0.01?0.5g/L計(jì)加入蒸餾水中；電解質(zhì)以I?10g/L計(jì)溶加入蒸餾水中。即每升蒸餾水中分散0.0I?0.5g Ag納米線粉末和I?1g電解質(zhì)。電解質(zhì)優(yōu)選采用KNO3或AgNO3。
[0015]進(jìn)一步優(yōu)選，每升蒸餾水中分散0.01?0.1g Ag納米線粉末和9?1g KNO3;最優(yōu)選，每升蒸餾水中分散0.05g Ag納米線粉末和10.1lg KNO3。
[0016]步驟(I)中Ag納米線溶液現(xiàn)配現(xiàn)用，不宜放置過久，防止因氧化失效。
[0017]作為優(yōu)選，步驟(I)中多壁碳納米管以I?10g/L計(jì)加入蒸餾水中；表面活性劑以8?12g/L計(jì)溶加入蒸餾水中。即每升蒸餾水中分散0.8?1.2g g多壁碳納米管和8?12g表面活性劑。
[0018]進(jìn)一步優(yōu)選，每升蒸餾水中分散I?2g多壁碳納米管和8?12g表面活性劑每升蒸餾水中分散Ig多壁碳納米管和1g表面活性劑。
[0019]作為優(yōu)選，所述表面活性劑為十二磺基苯磺酸鈉。
[0020]作為優(yōu)選，所述Ag納米線粉末采用油浴法制備。
[0021 ] 油浴法具體操作是:將40mL的乙二醇放入三口燒瓶中，165°(:恒溫下加熱401^11后加入320yL(4mmoL/L，0.054g/moL)的/乙二醇溶液，在165°C條件下繼續(xù)加熱15min后依次加入1211^的1141111110171^^?/乙二醇(1.2658/10011^)，1211^ 94mmoL/L的AgNO3/乙二醇(I.598g/10mL)，避光，反應(yīng)lh，室溫下冷卻，將制備的Ag溶液進(jìn)行超聲攪拌(1100r/min以上)30min，同時(shí)向溶液內(nèi)加堿性試劑(NaOH)，調(diào)節(jié)PH= 2?5，滴加完成后，繼續(xù)超聲攪拌30min，得灰黑色懸濁液，抽濾，水洗3次，乙醇和丙酮各加一次，抽濾，50?60 °C真空干燥。
[0022]作為優(yōu)選，步驟(2)中海綿電極片在多壁碳納米管溶液中浸滲I?5次，每浸滲一次后在60?80°C條件下烘干1.5?2h，再進(jìn)行下一步操作;每次浸滲時(shí)間為5?60min。進(jìn)一步優(yōu)選為，步驟(2)中海綿電極片在多壁碳納米管溶液中浸滲3次，每浸滲一次后在70°C條件下烘干1.5?2h，再進(jìn)行下一步操作;每次浸滲時(shí)間為20min。作為優(yōu)選，Ag納米線溶液中電沉積的時(shí)間為5?30min;進(jìn)一步優(yōu)選為15min。電沉積電壓-0.2V。作為優(yōu)選，T12的乙醇溶液中T12的濃度為I?10g/L，進(jìn)一步優(yōu)選為lg/L，乙醇為無水乙醇。
[0023]作為優(yōu)選，步驟(3)中將T12的乙醇溶液在步驟(2)所得電極上浸漬2?3次，每次浸漬時(shí)間為5?30min。
[0024]T12的乙醇溶液在電極上均勻浸漬，每次浸漬后按與海綿電極片在多壁碳納米管溶液中浸滲時(shí)同樣方法將電極烘干再進(jìn)行下一步操作。
[0025]步驟(I)中配制Ag納米線溶液和多壁碳納米管溶液時(shí)超聲分散的時(shí)間均為30?45min0
[0026]本發(fā)明制備方法均在室溫下進(jìn)行。
[0027 ]本發(fā)明還提供一種如所述制備方法制備得到的海綿電極。
[0028]本發(fā)明還提供一種如所述海綿電極在降解有機(jī)污染物中的應(yīng)用。
[0029]所述光電催化應(yīng)用為:以本發(fā)明的海綿電極為陽極，鈦片為陰極，電解降解有機(jī)污染物，尤其對甲基橙具有明顯的降解效果。
[0030]具體的，提供一種用于處理有機(jī)污染廢水的裝置，包括反應(yīng)室，所述反應(yīng)室的頂部帶有進(jìn)水口，底部帶有出水口，其特征在于，還包括:
[0031 ]固定在所述反應(yīng)室內(nèi)的擋板，所述擋板將所述反應(yīng)室內(nèi)由上至下分隔為若干個(gè)迂回連通的反應(yīng)通道；
[0032]對應(yīng)設(shè)置在每個(gè)反應(yīng)通道內(nèi)的電極對，所述電極對中的陽極為由本發(fā)明的海綿電極制成的板狀電極；
[0033]以及連接所有電極對的供電電源。
[0034]所述電極對中的陰極為鈦電極、不銹鋼電極或由光電催化材料制成的板狀電極。
[0035]陽極為海綿電極，陰極可采用海綿電極、鈦板、不銹鋼等電極材料，通過海綿陽極中的金屬納米線以及碳納米管等尖端微放電效果，提高降解效果，同時(shí)在脈沖電暈放電過程中，電極產(chǎn)生的紫外光能激發(fā)Ti02光催化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)光電一體化反應(yīng)。
[0036]所述擋板中嵌裝有光源，采用普通電源時(shí)，則可通過擋板中嵌裝光源提高光催化效果。
[0037]所述光源為紫外燈或模擬太陽光的光源，均勻分布于擋板上，所有光源均與所述供電電源連接。
[0038]擋板中嵌入光源，提供外加光源，與T12形成光催化反應(yīng)，本發(fā)明中的擋板既可提供分隔反應(yīng)室、改變流向的作用，又能固定光源，實(shí)現(xiàn)光催化作用。
[0039]擋板優(yōu)選設(shè)置為三塊，由上至下固定于反應(yīng)室的內(nèi)壁上，將反應(yīng)室內(nèi)分隔為四個(gè)反應(yīng)通道，四個(gè)反應(yīng)通道之間迂回連通成一條迂回通道，該迂回通道的入口與反應(yīng)室頂部的進(jìn)水口對應(yīng)，該迂回通道的出口與反應(yīng)室底部的出水口對應(yīng)。
[0040]所述供電電源為高壓脈沖等離子體電源或常規(guī)電源。反應(yīng)器采用板板式反應(yīng)形式，從而形成脈沖電暈微放電，同時(shí)也可采用常規(guī)電源，進(jìn)行常規(guī)光電催化反應(yīng)。
[0041 ]還包括與所述出水口和進(jìn)水口連接的蓄水池，蓄水池與進(jìn)水口之間設(shè)有水栗。
[0042]待處理污水儲存與蓄水池中，采用連續(xù)流形式，通過水栗將蓄水池中的待處理液抽取進(jìn)入反應(yīng)室上部，通過擋板作用使得水流在反應(yīng)室中得到充分接觸反應(yīng)，提高反應(yīng)時(shí)間，通過底部出水回到蓄水池中，進(jìn)行循環(huán)處理。
[0043]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0044](I)本發(fā)明在電化學(xué)的降解基礎(chǔ)上，融入光催化原理，在可見光條件下發(fā)生催化反應(yīng)，可以提高甲基橙等有機(jī)污染物的降解率，且二次污染較小。
[0045](2)本發(fā)明無需加入化學(xué)處理劑，也無需用濾膜反滲透處理，只需在待處理的微污染水中搭建簡易光電催化裝置，在通電和光照條件下，有機(jī)污染物將會在電極片作用下高效降解。
[0046](3)本發(fā)明制備操作簡單易行，無需特殊的設(shè)備儀器和化學(xué)試劑。
[0047](4)本發(fā)明降解產(chǎn)物無污染，零危害，對環(huán)境和人體無負(fù)面作用。
[0048](5)本發(fā)明制備工藝綠色環(huán)保，對環(huán)境人體無害。
[0049](6)本發(fā)明裝置精簡、實(shí)施簡便，可高效快速降解污染物，大大提升水質(zhì)，保證環(huán)境和人體健康。
[0050](7)本發(fā)明制備得到的電極穩(wěn)定性和氧化能力均有明顯提尚。
【附圖說明】
[0051 ] 圖1為Ag納米線結(jié)構(gòu)SEM圖。
[0052]圖2為負(fù)載了 MWNTs、Ag納米線的海綿電極SEM圖。
[0053]圖3為甲基橙在最優(yōu)條件下反復(fù)(每次60min，共4次)降解后的吸光度百分比曲線。
[0054]圖4為污水處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0055]圖5為擋板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0056]圖4和圖5中所示附圖標(biāo)記如下:
[0057]1-供電電源2-反應(yīng)室3-反應(yīng)通道
[0058]4-陰極5-陽極6-進(jìn)水口
[0059]7-擋板8-水栗9-蓄水池
[0060]10-出水口11-光源
【具體實(shí)施方式】
[0061]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，此外，在閱讀完本發(fā)明