CN108706689A

CN108706689A - 一种电极材料的制备方法和废水处理的方法

Info

Publication number: CN108706689A
Application number: CN201810542516.7A
Authority: CN
Inventors: 匡超智; 许燕滨; 谢光炎; 潘湛昌; 郑莉
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2018-05-30
Filing date: 2018-05-30
Publication date: 2018-10-26

Abstract

本申请属于电化学催化技术领域，具体涉及一种电极材料的制备方法和废水处理的方法。本发明所提供的制备方法包括：将石墨毡依次置于稀酸和稀碱中进行浸泡，去除石墨毡表面的活性成分，得到预处理后的石墨毡；将预处理后的石墨毡置于蒽醌的饱和溶液中浸泡，得到第一改性石墨毡；将第一改性石墨毡置于三氯化铁溶液中，然后往其中缓慢滴加NaBH₄溶液，反应完全使得第一改性石墨毡的表面负载有铁的氧化物；其中，NaBH₄溶液的滴速为0.45mL/s～0.55mL/s。采用本发明方法制备得到的电极材料作为阴极，用于电解氧化水中的有机物，可避免在实际电芬顿处理废水时向溶液中添加铁离子，避免增加工艺复杂性，避免调节pH增加工艺成本。

Description

一种电极材料的制备方法和废水处理的方法

技术领域

本发明属于电化学催化技术领域，具体涉及一种电极材料的制备方法和废水处理的方法。

背景技术

电化学阴极氧化是一种高效、实用、无二次污染的高级氧化技术，在处理难降解废水领域具有广泛的应用前景，已成为近年来工业污水处理领域的研究热点。

传统废水处理的方法主要为电化学芬顿法，阴极溶液中的氧气在阴极得电子生成H₂O₂，H₂O₂与溶液中的Fe²⁺反应生成氧化还原电位很高的羟基自由基(·OH)，羟基自由基(·OH)氧化水中的有机物，进而达到处理污染水体的目的。然而，传统的电化学芬顿法处理废水存在很多缺陷，如：阴极氧还原能力不强，需要向溶液中投加Fe²⁺；而且，芬顿反应需要在酸性条件下，处理过程中，需要时刻调节溶液的pH，成本较高。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种电极材料的制备方法，用于制备一种阴极材料参与电化学反应，去降解废水中的有机物，进而实现废水净化处理。

本发明的具体技术方案如下：

一种电极材料的制备方法，包括：

a)将石墨毡依次置于稀酸和稀碱中进行浸泡，去除所述石墨毡表面的活性成分，得到预处理后的石墨毡；

b)将步骤a)预处理后的石墨毡置于蒽醌的饱和溶液中浸泡，得到第一改性石墨毡；

c)将步骤b)的第一改性石墨毡置于三氯化铁溶液中，然后往其中滴加NaBH₄溶液，反应完全使得所述第一改性石墨毡的表面负载有铁的氧化物。

其中，所述NaBH₄溶液的滴速为0.45mL/s～0.55mL/s，优选为0.5mL/s。

优选的，步骤b)所述浸泡的时间为20h～25h，优选为24h。

优选的，所述三氯化铁溶液的浓度为2.5mg/mL～3.5mg/mL，优选为3mg/mL。

优选的，所述NaBH₄溶液的浓度为13mg/mL～18mg/mL，优选为15mg/mL。

优选的，所述蒽醌饱和溶液为2-乙基蒽醌的饱和乙醇溶液。

优选的，所述稀酸为稀硝酸，其质量百分浓度为8％～15％，优选为10％。

优选的，所述稀碱为稀氢氧化钠，其质量浓度为35～45g/L，优选为40g/L。

优选的，步骤a)所述浸泡的时间为1.5h～2h，优选为2h。

本发明还保护由上述制备方法得到的电极材料。

一种废水处理的方法，以上述制备方法得到的电极材料作为阴极，对废水进行电解。

综上所述，本发明通过将预处理后的石墨毡采用饱和蒽醌溶液进行改性，极大地增加了石墨毡表面的含氧官能团，提高了阴极氧还原能力；同时，还通过在其表面负载铁的氧化物，可以原位在pH为中性条件下催化H₂O₂分解为·OH。采用本发明方法制备得到的电极材料作为阴极，用于电解氧化水中的有机物，可避免在实际电芬顿处理废水时向溶液中添加铁离子，避免增加工艺复杂性，避免调节pH增加工艺成本。

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的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为实施例1的电极材料的制备过程；

图2为实施例2中对照组1、对照组2和试验组废水电解的COD曲线；

图3为实施例2中废水电解所采用的电解装置图。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

以下实施例所采用的石墨毡、稀硝酸、氢氧化钠、2-乙基蒽醌、FeCl₃·6H₂O、NaBH₄均为市售产品；在其他实施例中，上述原料也可采用本领域常规技术手段进行常规合成得到。

实施例1

本发明提供了一种电极材料的制备方法，其制备过程如图1所示：

1、将石墨毡依次置于10％的稀硝酸溶液中浸泡2h，取出，冲洗；然后置于40g/L的氢氧化钠溶液中继续浸泡2h，取出，冲洗，得到预处理后的石墨毡。通过重复酸洗和碱洗，可去除石墨毡表面的活性成分。

2、将预处理后的石墨毡置于2-乙基蒽醌的饱和乙醇溶液中浸泡24h，进行蒽醌表面改性，再依次用乙醇、水洗涤，自然晾干，得到第一改性石墨毡。

3、将FeCl₃·6H₂O溶于去离子水中，配制浓度为3mg/mL的三氯化铁溶液，待用；将NaBH₄溶解于去离子水中，配制浓度为15mg/mL的NaBH₄溶液，待用。

4、将第一改性石墨毡置于上述配制的三氯化铁溶液中，然后以0.5mL/s的滴速往其中缓慢滴加上述配制的NaBH₄溶液，反应完全使得第一改性石墨毡的表面负载有铁的氧化物，取出，晾干或烘干。

实施例2

1、分组

取实施例1预处理后的石墨毡作为阴极，设为对照组1；

取实施例1的第一改性石墨毡作为阴极，设为对照组2；

取实施例1的终产物作为阴极，设为试验组。

2、废水样品

取自广东省某畜禽养殖废水二沉池废水。

3、废水电解

采用如图3所示的电解装置对废水进行电解，以碳棒作为阳极，饱和甘汞电极为参比电极，阴极电位为-0.75V(相对于饱和甘汞电极)，对废水样品进行电解试验。在试验过程中，没有调节pH(实验前测得溶液的pH为中性)，没有向溶液中添加Fe²⁺，即没有让废液形成传统的芬顿反应条件。

电解80min后，分别检测各组中废水的COD(化学需氧量)，评价不同阴极材料对废水的处理效率。图2为各组废水的COD曲线，如图所示，试验组的废水处理效率最高，电解完毕后，其COD值200mg/L左右降到60mg/L左右。然而，对照组1和对照组2的COD值降幅减小，在电解完毕后，仅分别降至170mg/L、150mg/L左右。

Claims

1.一种电极材料的制备方法，其特征在于，包括：

c)将步骤b)的第一改性石墨毡置于三氯化铁溶液中，然后往其中缓慢滴加NaBH₄溶液，反应完全使得所述第一改性石墨毡的表面负载有铁的氧化物；

其中，所述NaBH₄溶液的滴速为0.45mL/s～0.55mL/s。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)所述浸泡的时间为20h～25h。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述三氯化铁溶液的浓度为2.5mg/mL～3.5mg/mL。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述NaBH₄溶液的浓度为13mg/mL～18mg/mL。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述蒽醌饱和溶液为2-乙基蒽醌的饱和乙醇溶液。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述稀酸为稀硝酸，其质量百分比浓度为8％～15％。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述稀碱为稀氢氧化钠，其质量浓度为35～45g/L。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)所述浸泡的时间为1.5h～2h。

9.由权利要求1至8任意一项所述的制备方法得到的电极材料。

10.一种废水处理的方法，其特征在于，以权利要求1至8任意一项所述的制备方法得到的电极材料作为阴极，对废水进行电解。