CN108217850B - 铒掺杂氧化锰电催化电极、其制备方法及用途 - Google Patents
铒掺杂氧化锰电催化电极、其制备方法及用途 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108217850B CN108217850B CN201711474240.5A CN201711474240A CN108217850B CN 108217850 B CN108217850 B CN 108217850B CN 201711474240 A CN201711474240 A CN 201711474240A CN 108217850 B CN108217850 B CN 108217850B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- titanium mesh
- erbium
- electrocatalytic
- titanium
- manganese oxide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L hydroxy(oxo)manganese;manganese Chemical compound [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 title claims abstract description 62
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 48
- XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N ammonia nh3 Chemical compound N.N XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 29
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 27
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 12
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 claims description 9
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims description 8
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 6
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 5
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 5
- 150000000917 Erbium Chemical class 0.000 claims description 4
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 claims description 4
- 150000002696 manganese Chemical class 0.000 claims description 4
- MIVBAHRSNUNMPP-UHFFFAOYSA-N manganese(2+);dinitrate Chemical compound [Mn+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O MIVBAHRSNUNMPP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims description 3
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 claims description 3
- OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L potassium sulfate Chemical compound [K+].[K+].[O-]S([O-])(=O)=O OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 229910052939 potassium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 235000011151 potassium sulphates Nutrition 0.000 claims description 3
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 3
- HDFXRQJQZBPDLF-UHFFFAOYSA-L disodium hydrogen carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].OC([O-])=O.OC([O-])=O HDFXRQJQZBPDLF-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- YBYGDBANBWOYIF-UHFFFAOYSA-N erbium(3+);trinitrate Chemical compound [Er+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O YBYGDBANBWOYIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 9
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 abstract description 9
- 239000010405 anode material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 5
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 5
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 4
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 4
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 2
- 238000010170 biological method Methods 0.000 description 2
- 238000005660 chlorination reaction Methods 0.000 description 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 description 2
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QDHHCQZDFGDHMP-UHFFFAOYSA-N Chloramine Chemical compound ClN QDHHCQZDFGDHMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000195493 Cryptophyta Species 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 244000088401 Pyrus pyrifolia Species 0.000 description 1
- 235000001630 Pyrus pyrifolia var culta Nutrition 0.000 description 1
- MMDJDBSEMBIJBB-UHFFFAOYSA-N [O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[NH6+3] Chemical compound [O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[NH6+3] MMDJDBSEMBIJBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N ammonium sulfate Chemical compound N.N.OS(O)(=O)=O BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052921 ammonium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011130 ammonium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 238000009388 chemical precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 1
- 238000012851 eutrophication Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L magnesium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Mg+2] VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000347 magnesium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 229910001862 magnesium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- YPJKMVATUPSWOH-UHFFFAOYSA-N nitrooxidanyl Chemical compound [O][N+]([O-])=O YPJKMVATUPSWOH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- LJCNRYVRMXRIQR-OLXYHTOASA-L potassium sodium L-tartrate Chemical compound [Na+].[K+].[O-]C(=O)[C@H](O)[C@@H](O)C([O-])=O LJCNRYVRMXRIQR-OLXYHTOASA-L 0.000 description 1
- 229940074439 potassium sodium tartrate Drugs 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 235000011006 sodium potassium tartrate Nutrition 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000870 ultraviolet spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
- C02F1/46109—Electrodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
- C02F1/46109—Electrodes
- C02F2001/46133—Electrodes characterised by the material
- C02F2001/46138—Electrodes comprising a substrate and a coating
- C02F2001/46142—Catalytic coating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/10—Inorganic compounds
- C02F2101/16—Nitrogen compounds, e.g. ammonia
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
- C02F2201/46—Apparatus for electrochemical processes
- C02F2201/461—Electrolysis apparatus
- C02F2201/46105—Details relating to the electrolytic devices
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
本发明公开了一种铒掺杂氧化锰电催化电极、其制备方法及应用。所述的制备方法包括：将经过前处理的钛网于含有Er3+及Mn2+的浸渍液中浸渍，之后取出并进行干燥处理，直至钛网表面无明显液体，其后对钛网进行热处理，制得所述铒掺杂氧化锰电催化电极。利用本发明提供的铒掺杂氧化锰电催化电极作为阳极材料进行电催化脱氮，其可以在在直流电的驱动下直接将氨氮氧化成氮气，实现彻底脱氮，整个过程条件温和，不产生二次污染，降解效率高，且运行成本低、易于控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种电极材料，具体涉及一种铒掺杂氧化锰电催化电极、其制备方法及用途，例如利用其电催化脱氮的方法。
背景技术
水体中过量的氨氮会降低溶解氧的浓度，产生硝酸根和亚硝酸根，导致富营养化，严重时会爆发藻类大量繁殖，给水生生物、工业生产和人们的生活产生不良影响。根据石油化工行业污水排放标准(GB31571-2015)，氨氮(NH3-N)含量不超过8mg/L。
目前脱氮的方法有生物法和物理化学法。物理化学法主要有折点氯化法、化学沉淀法、物理吹脱法、气提法等，这些方法要么运行成本高，要么处理效率低，要么产生二次污染，其中生物法对温度、pH值等要求严苛，折点氯化法产生余氯和氯胺等有害衍生物。因此，需要高效率、低成本、且无二次污染的脱氮新技术。
CN107235537A公开了一种用镁或镁合金脱氮的电化学方法，此法是借助生成氢氧化镁，间接使得氨氮沉降下来，并没有将氨氮转化为氮气而放出。CN106630116A、CN106563504A、CN103613206B、CN102942293A、CN102351312A均报道了阴极电化学还原硝酸根脱氮的方法，但是此法并非氧化氨氮脱氮。CN103241809A用钕掺杂的氧化锡石墨电极，在高过电位条件下实现了氨氮的降解，但是高电位就意味着电催化活性有限。因此，本领域亟待开发高电催化活性、高效率的电极材料。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种铒掺杂氧化锰电催化电极、其制备方法及用途，从而克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种铒掺杂氧化锰电催化电极的制备方法，其包括：将经过前处理的钛网于含有摩尔比为1：20～1：5的Er3+及Mn2+的浸渍液中浸渍，之后取出并进行干燥处理，直至钛网表面无明显液体，其后将钛网于350～550℃保温1～5h，制得所述铒掺杂氧化锰电催化电极。
进一步地，所述的制备方法包括如下步骤：
(1)对钛网进行前处理；
(2)将经过前处理的钛网于含有摩尔比为1：20～1：5的Er3+及Mn2+的浸渍液中浸渍；
(3)将钛网从浸渍液中取出并室温晾干，之后在80～135℃烘1～2h；
(4)重复步骤(3)的操作两次以上，再将钛网在350～550℃保温1～5个小时，之后冷却至室温，获得所述铒掺杂氧化锰电催化电极。
进一步地，所述钛网的纯度>99.9wt％。
进一步地，所述的前处理包括：将钛网依次用NaOH溶液、草酸溶液处理，之后置于去离子水中超声1～2min，再取出并以氮气吹干。
进一步地，所述浸渍液中的Er3+、Mn2+分别来源于可溶性铒盐、可溶性锰盐。其中，所述铒盐包括硝酸铒，所述锰盐包括硝酸锰，但均不限于此。
进一步地，所述浸渍液中的溶剂包括乙醇。
本发明实施例还提供了由前述的任一种方法制备的铒掺杂氧化锰电催化电极。
本发明实施例还提供了前述的铒掺杂氧化锰电催化电极于电催化脱氮领域的应用。
本发明实施例还提供了一种电催化脱氮方法，其包括：
将作为阳极的前述铒掺杂氧化锰电催化电极和作为阴极的纯钛网置入含有氨氮的水相体系中，并使阴极和阳极间隔设置；
将所述含有氨氮的水相体系的pH值调节至9～11，并加入电解质混合均匀；
在阴极和阳极之间施加1～3.5V的恒电压，从而脱除所述水相体系中的氨氮。
进一步地，用于调节所述含有氨氮的水相体系的pH值的试剂包括碳酸钠-碳酸氢钠缓冲液。进一步地，所述电解质包括硫酸钠或者硫酸钾，但不限于此。
进一步地，在进行电催化脱氮的过程中，所述水相体系的温度可以是25℃左右。
在本发明的一较为具体的实施案例中，请参阅图1所示，一种铒掺杂氧化锰电催化电极的制备方法可以包括：
(1)将钛网(纯度>99.9％，尺寸为长×宽×厚为30mm×30mm×1mm，菱形孔大小为2mm×4mm，当然也可以采用更大尺寸的或裁剪为更小尺寸)依次用NaOH溶液进行除油处理和草酸溶液进行刻蚀处理，去离子水超声1～2min，氮气吹干，保存在无水乙醇中备用；
(2)配制浸渍液：称取质量分数约为50％或其它合适浓度的硝酸锰溶液，按Er/Mn摩尔比为5％～20％称量Er(NO3)3·6H2O等，用无水乙醇作溶剂，搅拌混合均匀；
(3)将经步骤(1)处理后的钛网浸渍于(2)的浸渍液中一定时间，室温晾干后转至烘箱中在80～135℃烘1～2h,直到钛网表面无明显液体；
(4)将步骤(3)重复2次后，将所获电极材料转移到马弗炉中进行热处理，在350～550℃保温1～5个小时，待冷却至室温后取出，即获得所述的铒掺杂氧化锰电催化电极。
而相应的，一种利用所述铒掺杂氧化锰电催化电极进行电催化脱氮的方法可以包括：
以所述铒掺杂氧化锰电催化电极为阳极，前述步骤(1)中使用的钛网为阴极，保持一定电极间距，插入含有氨氮的水相体系(例如含有氨氮的模拟废水溶液)中，用碳酸钠和碳酸氢钠缓冲液调节体系pH值为9～11，添加一定量的硫酸钠或者硫酸钾作电解质，匀速搅拌溶液，控制恒电压的输出电压值为1～3.5V(优选为2～3.5V)来实现脱氮的目标。
本发明提供的铒掺杂氧化锰电催化电极在应用于电催化脱氮时，因其所含氧化锰中，锰的价态可以在正三价和正四价之间进行互变，从而可以实现电催化氧化。同时，由于铒的离子半径与锰的离子半径接近，因此铒容易在氧化锰材料中掺杂，两者协同作用，可以更大幅度的提高电催化效率。
与现有技术相比，利用本发明提供的铒掺杂氧化锰电催化电极作为阳极材料进行电催化脱氮，可以在直流电的驱动下直接将氨氮氧化成氮气，实现彻底脱氮，整个过程条件温和，不产生二次污染，降解效率高，且运行成本低、易于控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一典型实施方案中一种铒掺杂氧化锰电催化电极的制备工艺流程图。
图2a-图2b是本发明实施例1制得的铒掺杂氧化锰电催化电极的TEM图片。
图3是本发明实施例1制得的铒掺杂氧化锰电催化电极对氨氮降解效率的性能测试结果。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)将钛网(纯度>99.9％，尺寸为长×宽×厚为30mm×30mm×1mm，菱形孔大小为2mm×4mm)依次用NaOH和草酸处理，去离子水超声1-2分钟，氮气吹干，保存在无水乙醇中备用；
(2)配制浸渍液：称取质量分数为50％的硝酸锰溶液，按Er/Mn摩尔比为8/100称量Er(NO3)3·6H2O，用无水乙醇作溶剂，搅拌混合均匀；
(3)将(1)中处理的钛网浸渍于(2)的浸渍液中一定时间，室温晾干后转至烘箱中在105℃下烘1-2h，直到钛网表面无明显液体；
(4)将步骤(3)重复2次后，将电极转移到马弗炉中，在450℃下保温2个小时，待冷却至室温后取出，即得到铒掺杂的氧化锰电催化电极，其TEM图见图2a-图2b。
(5)以上述电极为阳极，步骤(1)中电极为阴极，恒电压控制U＝2.0V,保持电极间距为2cm，以硫酸铵为氮源配制氮的质量浓度为100mg/L的模拟氨氮废液，用碳酸钠和碳酸氢钠缓冲液调节体系pH值为9.5，添加0.1mol/L硫酸钠作电解质，以去离子水作溶剂，总体积为60ml,匀速搅拌溶液。每隔两小时取1ml溶液，稀释至50ml,加入1ml酒石酸钾钠溶液，和1ml纳氏试剂,混合均匀，10分钟后，利用T1901紫外可见分光光度计测380nm处的吸光度，并以此来计算氨氮的降解率。氨氮降解率a＝(C0-Ci)/C0×100＝(A0-Ai)/A0×100式中C0为氨氮的初始浓度，Ci为剩余氨氮的浓度，A0为初始溶液的吸光度，Ai为剩余氨氮的吸光度。经过10h电催化，氨氮降解率达87.0％。
在恒电压2.0V下，控制体系pH＝9.5，按上述方法测体系氨氮浓度，进行电极循环性能测试，结果请参阅图3。
实施例2
(1)与实施例1基本相同；
(2)与实施例1基本相同，但Er/Mn摩尔比为5/100；
(3)与实施例1基本相同，但烘干温度为80℃；
(4)将步骤(3)重复2次后，将电极转移到马弗炉中，在350℃下保温5h，待冷却至室温后取出，即得到铒掺杂的氧化锰电催化电极。
(5)与实施例1基本相同，但恒电压控制U＝3.0V，调节体系pH值为10，经过10h电催化，氨氮降解率达91.5％。
实施例3
(1)与实施例1基本相同；
(2)与实施例1基本相同，但Er/Mn摩尔比为20/100；
(3)与实施例1基本相同，但烘干温度为135℃；
(4)将步骤(3)重复2次后，将电极转移到马弗炉中，在550℃下保温1h，待冷却至室温后取出，即得到铒掺杂的氧化锰电催化电极。
(5)与实施例1基本相同，但恒电压控制U＝3.3V，调节体系pH值为9.5，经过10h电催化，氨氮降解率达95.2％。
需要说明的是，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种电催化脱氮方法，其特征在于包括：
将经过前处理的钛网于含有摩尔比为1：20～1：5的Er3+及Mn2+的浸渍液中浸渍，之后取出并进行干燥处理，直至钛网表面无明显液体，其后将钛网于350～550℃保温1～5h，制得铒掺杂氧化锰电催化电极；
以所述铒掺杂氧化锰电催化电极作为阳极，并与作为阴极的纯钛网置入含有氨氮的水相体系中，且使阴极和阳极间隔设置；
将所述含有氨氮的水相体系的pH值调节至9～11，并加入电解质混合均匀；
在阴极和阳极之间施加1～3.5V的恒电压，直接将所述水相体系中的氨氮氧化成氮气，从而脱除所述水相体系中的氨氮。
2.根据权利要求1所述的电催化脱氮方法，其特征在于，所述铒掺杂氧化锰电催化电极的制备方法包括如下步骤：
(1)对钛网进行前处理；
(2)将经过前处理的钛网于含有摩尔比为1：20～1：5的Er3+及Mn2+的浸渍液中浸渍；
(3)将钛网从浸渍液中取出并室温晾干，之后在80～135℃烘1～2h；
(4)重复步骤(3)的操作两次以上，再将钛网在350～550℃保温1～5个小时，之后冷却至室温，获得所述铒掺杂氧化锰电催化电极。
3.根据权利要求2所述的电催化脱氮方法，其特征在于：所述钛网的纯度>99.9wt％。
4.根据权利要求2所述的电催化脱氮方法，其特征在于，所述的前处理包括：将钛网依次用NaOH溶液、草酸溶液处理，之后置于去离子水中超声1～2min，再取出并以氮气吹干。
5.根据权利要求1或2所述的电催化脱氮方法，其特征在于：所述浸渍液中的Er3+、Mn2+分别来源于可溶性铒盐、可溶性锰盐，所述铒盐包括硝酸铒，所述锰盐包括硝酸锰。
6.根据权利要求1或2所述的电催化脱氮方法，其特征在于：所述浸渍液中的溶剂包括乙醇。
7.根据权利要求1所述的电催化脱氮方法，其特征在于：用于调节所述含有氨氮的水相体系的pH值的试剂包括碳酸钠-碳酸氢钠缓冲液。
8.根据权利要求1所述的电催化脱氮方法，其特征在于：所述电解质包括硫酸钠或者硫酸钾。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711474240.5A CN108217850B (zh) | 2017-12-29 | 2017-12-29 | 铒掺杂氧化锰电催化电极、其制备方法及用途 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711474240.5A CN108217850B (zh) | 2017-12-29 | 2017-12-29 | 铒掺杂氧化锰电催化电极、其制备方法及用途 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108217850A CN108217850A (zh) | 2018-06-29 |
| CN108217850B true CN108217850B (zh) | 2021-02-05 |
Family
ID=62645917
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711474240.5A Active CN108217850B (zh) | 2017-12-29 | 2017-12-29 | 铒掺杂氧化锰电催化电极、其制备方法及用途 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108217850B (zh) |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1749436A (zh) * | 2004-08-31 | 2006-03-22 | 三洋电机株式会社 | 电解用电极及电解用电极的制造方法 |
| WO2006079558A1 (en) * | 2005-01-31 | 2006-08-03 | Technical University Of Denmark | Redox-stable anode |
| CN1920101A (zh) * | 2005-08-11 | 2007-02-28 | 三洋电机株式会社 | 电解用电极及电解用电极的制造方法 |
| CN102225797A (zh) * | 2011-04-20 | 2011-10-26 | 上海电力学院 | 一种稀土元素掺杂钛基二氧化锰电极及其制备方法 |
| CN102505126A (zh) * | 2011-12-22 | 2012-06-20 | 中南大学 | 一种低银含量Pb-RE-Ag合金电极 |
| CN103241809A (zh) * | 2013-05-31 | 2013-08-14 | 苏州科技学院 | 高过电位电极的制备及其构建的太阳能和电能脱氮装置 |
| CN103887483A (zh) * | 2012-12-21 | 2014-06-25 | 北京有色金属研究总院 | 一种掺杂改性的三元正极材料及其制备方法 |
| CN104310540A (zh) * | 2014-10-13 | 2015-01-28 | 苏州科技学院 | 一种二氧化锰电极的制备方法 |
| CN105084467A (zh) * | 2014-05-05 | 2015-11-25 | 潘映昆 | 一种催化电极印染废水处理反应器 |
| CN105536514A (zh) * | 2014-10-31 | 2016-05-04 | 通用电气公司 | 用于去除氮氧化物的电极组成、装置和方法 |
-
2017
- 2017-12-29 CN CN201711474240.5A patent/CN108217850B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1749436A (zh) * | 2004-08-31 | 2006-03-22 | 三洋电机株式会社 | 电解用电极及电解用电极的制造方法 |
| WO2006079558A1 (en) * | 2005-01-31 | 2006-08-03 | Technical University Of Denmark | Redox-stable anode |
| CN1920101A (zh) * | 2005-08-11 | 2007-02-28 | 三洋电机株式会社 | 电解用电极及电解用电极的制造方法 |
| CN102225797A (zh) * | 2011-04-20 | 2011-10-26 | 上海电力学院 | 一种稀土元素掺杂钛基二氧化锰电极及其制备方法 |
| CN102505126A (zh) * | 2011-12-22 | 2012-06-20 | 中南大学 | 一种低银含量Pb-RE-Ag合金电极 |
| CN103887483A (zh) * | 2012-12-21 | 2014-06-25 | 北京有色金属研究总院 | 一种掺杂改性的三元正极材料及其制备方法 |
| CN103241809A (zh) * | 2013-05-31 | 2013-08-14 | 苏州科技学院 | 高过电位电极的制备及其构建的太阳能和电能脱氮装置 |
| CN105084467A (zh) * | 2014-05-05 | 2015-11-25 | 潘映昆 | 一种催化电极印染废水处理反应器 |
| CN104310540A (zh) * | 2014-10-13 | 2015-01-28 | 苏州科技学院 | 一种二氧化锰电极的制备方法 |
| CN105536514A (zh) * | 2014-10-31 | 2016-05-04 | 通用电气公司 | 用于去除氮氧化物的电极组成、装置和方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108217850A (zh) | 2018-06-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE2621930C2 (de) | Elektrochemische Zelle | |
| CN111203236B (zh) | 一种二硫化钴/碳纤维复合材料的制备方法及其应用 | |
| WO2006027612A3 (en) | Improved electro-deoxidation method, apparatus and product | |
| CN109694119A (zh) | 一种利用改性活性炭粒子电极处理脱硫废水的方法 | |
| CN104944511A (zh) | 一种光电催化去除废水中重金属离子的方法和装置 | |
| CN113511763B (zh) | 利用TiO2-NTs/Sb-SnO2/PbO2电催化氧化去除水中氨氮的方法及应用 | |
| CN113264573B (zh) | 一种双极性电极及其制备方法、及废水处理系统 | |
| JP2010138434A (ja) | エッチング液の電解処理方法 | |
| CN105858818A (zh) | 一种Zn/Cu/Ti多金属纳米电极高效去除地下水中硝酸盐的方法 | |
| CN102211830A (zh) | 电催化氧化处理切削液废水的方法 | |
| CN105271479A (zh) | 一种Cu/Ti双层纳米电极高效去除地下水中硝酸盐的方法 | |
| CN108128853B (zh) | 铈掺杂氧化锰电极、其制备方法及用途 | |
| CN108217850B (zh) | 铒掺杂氧化锰电催化电极、其制备方法及用途 | |
| CN108212161A (zh) | 一种活性炭纤维三维粒子电极催化剂及其制备方法 | |
| JP2009022948A (ja) | エッチング液の電解処理方法 | |
| CN112723493B (zh) | 一种四氧化三钴/氧化镁-钛复合电极及其制备方法和应用、含氨氮废水的处理方法 | |
| CN108147503A (zh) | 氧化锰电极、其制备方法及用途 | |
| CN104229950B (zh) | 一种负载锰离子的活性炭纤维复合阴极的制备及其应用 | |
| Sayão et al. | Efficient photoelectrochemical reduction of nitrite to ammonium and nitrogen containing gaseous species using Ti/TiO2 nanotube electrodes | |
| CN107337262B (zh) | 一种低电压下氧气辅助阳极催化氧化降解水体中有机污染物的方法 | |
| TWM528992U (zh) | 硝酸根氮脫除設備 | |
| CN104276650A (zh) | 一种降解亚甲基蓝的方法 | |
| CN104944531B (zh) | 一种Ti纳米电极高效去除地下水中硝酸盐的方法 | |
| KR101338287B1 (ko) | 악취가스 처리를 위한 전기활성 촉매 산화장치 및 그것을 사용한 산화방법 | |
| CN111996541B (zh) | 提高氢气产率的间接硫化氢电解方法和装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220623 Address after: Room 501A, West District, F, No. 389, Danfeng Road, Mudu Town, Wuzhong District, Suzhou, Jiangsu 215000 Patentee after: Jiangsu Yichi New Energy Group Co.,Ltd. Address before: 215009 No.1 Kerui Road, high tech Zone, Suzhou City, Jiangsu Province Patentee before: SUZHOU University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240311 Address after: 215300, 4th Floor, Building 004, No. 555 Hengchangjing Road, Zhoushi Town, Kunshan City, Suzhou City, Jiangsu Province Patentee after: Kunshan Huatuo Environmental Protection Technology Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: Room 501A, West District, F, No. 389, Danfeng Road, Mudu Town, Wuzhong District, Suzhou, Jiangsu 215000 Patentee before: Jiangsu Yichi New Energy Group Co.,Ltd. Country or region before: China |
|
| TR01 | Transfer of patent right |