CN113354038A - 一种芬顿反应器及其制备工艺、应用 - Google Patents
一种芬顿反应器及其制备工艺、应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113354038A CN113354038A CN202110797921.5A CN202110797921A CN113354038A CN 113354038 A CN113354038 A CN 113354038A CN 202110797921 A CN202110797921 A CN 202110797921A CN 113354038 A CN113354038 A CN 113354038A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sno
- zof
- solution
- preparation
- anode
- 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.)
- Granted
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N SnO2 Inorganic materials O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 51
- YADSGOSSYOOKMP-UHFFFAOYSA-N lead dioxide Inorganic materials O=[Pb]=O YADSGOSSYOOKMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000004098 Tetracycline Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229960002180 tetracycline Drugs 0.000 claims abstract description 19
- 229930101283 tetracycline Natural products 0.000 claims abstract description 19
- 235000019364 tetracycline Nutrition 0.000 claims abstract description 19
- 150000003522 tetracyclines Chemical class 0.000 claims abstract description 19
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims abstract description 17
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 238000005273 aeration Methods 0.000 claims abstract description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 18
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 17
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M sodium fluoride Chemical compound [F-].[Na+] PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 12
- ONDPHDOFVYQSGI-UHFFFAOYSA-N zinc nitrate Chemical compound [Zn+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O ONDPHDOFVYQSGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 claims description 6
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 6
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910000367 silver sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 235000013024 sodium fluoride Nutrition 0.000 claims description 6
- 239000011775 sodium fluoride Substances 0.000 claims description 6
- YPNVIBVEFVRZPJ-UHFFFAOYSA-L silver sulfate Chemical compound [Ag+].[Ag+].[O-]S([O-])(=O)=O YPNVIBVEFVRZPJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- LXBGSDVWAMZHDD-UHFFFAOYSA-N 2-methyl-1h-imidazole Chemical compound CC1=NC=CN1 LXBGSDVWAMZHDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 4
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 3
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 3
- YSWBFLWKAIRHEI-UHFFFAOYSA-N 4,5-dimethyl-1h-imidazole Chemical compound CC=1N=CNC=1C YSWBFLWKAIRHEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N heavy water Substances [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 claims description 2
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 4
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 claims 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 23
- 238000000746 purification Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010865 sewage Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 30
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 10
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 7
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 239000007832 Na2SO4 Substances 0.000 description 3
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 2
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 2
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 description 2
- 230000002468 redox effect Effects 0.000 description 2
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 2
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 1
- 238000009303 advanced oxidation process reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 229910001448 ferrous ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- TUJKJAMUKRIRHC-UHFFFAOYSA-N hydroxyl Chemical compound [OH] TUJKJAMUKRIRHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000013384 organic framework Substances 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 239000000575 pesticide Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003115 supporting electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000002525 ultrasonication Methods 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 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
- C02F1/467—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction
- C02F1/4672—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction by electrooxydation
-
- 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
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
- C02F1/722—Oxidation by peroxides
-
- 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
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/34—Organic compounds containing oxygen
-
- 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
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/38—Organic compounds containing nitrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/02—Specific form of oxidant
- C02F2305/023—Reactive oxygen species, singlet oxygen, OH radical
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/02—Specific form of oxidant
- C02F2305/026—Fenton's reagent
Landscapes
- 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)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明涉及一种芬顿反应器及其制备工艺、应用，属于污水净化与废水资源化利用技术领域。制备工艺如下：1、制备Ag@ZOF催化剂；2、制备Ag@ZOF阴极；3、制备SnO2‑CTAB颗粒；4、制备PbO2/SnO2阳极；5、以步骤2获得的Ag@ZOF为阴极，以步骤（4）获得的PbO2/SnO2为阳极电极，放入反应器中固定并用导线连接至外接电源，将作为牺牲阳极的铁片放入反应器中，阴极电极下面放入曝气泵来提供芬顿反应中所需要的氧气。本发明的Ag@ZOF催化阴极和SnO2/PbO2催化阳极通过合理使用催化剂并优化处理工艺，实现了四环素的有效去除，使难降解的四环素废水得到有效的处理和回收。
Description
技术领域
本发明涉及一种芬顿反应器及其制备工艺、应用，属于污水净化与废水资源化利用技术领域。
背景技术
作为利用快速有效的去除有机物的高级氧化工艺技术，芬顿（Fenton）已成为最有前途的难降解有机物的废水处理方法，包括农药废水，抗生素废水，制药废水等等。人们现在使用了越来越多的四环素等药品，抗生素废水却是难降解的，所以降解抗生素废水成为人们越来越关注的环境问题。
传统的电Fenton在反应开始时投加Fe2+ .实验初期产生的H2O2含量较低。预添加的Fe2+与H2O2相比过量，会捕获生成的羟基自由基（·OH），降低污染物的处理效果。
尽管电芬顿作为一项有前途的技术取得了长足的进步，性能得到了很大的提升，但由于结构因素的限制，其产生过氧化氢含量少，污染降解反应效率低的缺点仍有待解决。尽管许多学者对芬顿的性能和结构进行了优化，但这些问题仍然严重限制了系统的应用。为了提高污染物降解效率，改变阴极阳极的催化性能已成为最佳方法，但是该方法目前尚未有公开报道。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的不足之处，提供一种感应电芬顿处理四环素废水的有效反应装置，本发明的Ag@ZOF催化阴极和SnO2/PbO2催化阳极通过合理使用催化剂并优化处理工艺，实现了四环素的有效去除，使难降解的四环素废水得到有效的处理和回收。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明的目的之一是提供一种芬顿反应器的制备工艺，其特殊之处在于包括以下步骤：
（1）制备Ag@ZOF催化剂：将硝酸锌与硫酸银加入到甲醇中进行超声处理，获得溶液A；将二甲基咪唑在甲醇中磁力搅拌，获得溶液B；将溶液A缓慢滴加至溶液B中，并不断搅拌，获得Ag@ZOF催化剂；
（2）制备Ag@ZOF阴极：去除不锈钢网表面杂质，使催化剂更加利于附着，然后将不锈钢网浸于步骤（1）所得的Ag@ZOF催化剂中，使Ag@ZOF附着于不锈钢网表面；
（3）制备SnO2-CTAB颗粒：用水热合成法制备SnO2-CTAB颗粒；
（4）制备PbO2/SnO2阳极：将SnO2-CTAB颗粒与Pb(NO3)2加入水中搅拌，并加入硝酸、氟化钠来制备电解液，通过电沉积法将PbO2/SnO2颗粒附着于钛网表面；
（5）以步骤（2）获得的Ag@ZOF为阴极，以步骤（4）获得的PbO2/SnO2为阳极电极，放入反应器中固定并用导线连接至外接电源，将作为牺牲阳极的铁片放入反应器中，阴极电极下面放入曝气泵来提供芬顿反应中所需要的氧气。
所述步骤（1）中，将5mmol硝酸锌与1mmol硫酸银加入到50mL甲醇中进行超声处理8-15分钟，当溶液完全溶解时，即得溶液A；将20mmol2-甲基咪唑 (C4H6N2)在50mL甲醇中磁力搅拌15-25分钟，得到溶液B；
所述步骤（1）中，将50mL溶液A缓慢滴加至50mL溶液B中，在35-45℃下搅拌1小时，当溶液呈乳白色液体时即得Ag@ZOF催化剂；
所述步骤（2）中，将Ag@ZOF催化剂和不锈钢网放在培养皿中，静置24小时，不锈钢网上附着Ag@ZOF白色沉淀催化剂，形成Ag@ZOF阴极；
所述步骤（3）中，2mmol十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶解在100mL水中并搅拌，完全溶解后，加入0.45 gSnCl2·2H2O，形成乳白色悬浮液后，将溶液转移到内衬聚四氟乙烯的高压釜中，将高压釜在真空干燥箱中加热至160℃达6小时，之后在室温下自然冷却，收集淡黄色沉淀，将淡黄色沉淀用水和乙醇洗涤，使生成的SnO2-CTAB颗粒更更加纯净，洗涤后的淡黄色沉淀物经干燥后，获得SnO2-CTAB颗粒；
所述步骤（4）中，0.66 mmol SnO2-CTAB颗粒与1.32 mmol Pb(NO3)2加入水中搅拌，并加入1M硝酸、0.05mol氟化钠来制备电解液，通过电沉积法将PbO2/SnO2颗粒附着于钛网表面；
所述步骤（4）中，钛网作为阴极、阳极采用不锈钢网，通过电沉积法，将PbO2/SnO2颗粒附着于钛网表面，PbO2/SnO2阳极制备完成。
本发明的目的之二是提供一种采用上述芬顿反应器制备工艺制得的芬顿反应器。
本发明的目的之三是提供一种芬顿反应器在处理难降解四环素废水中的应用
本发明的有益效果如下：
1、Ag2SO4结合锌基有机骨架具有较大的比表面积，活性位点多，低成本，易于制备；
2、PbO2/SnO2催化阳极结合了PbO2具有制备容易、化学稳定性高、成本低等优点和SnO2具有多孔结构的优点，PbO2/SnO2阳极提高了芬顿反应的氧化还原能力；
3、与传统电芬顿实验相比，本实验在此基础上进行改进。将牺牲铁片阳极引入到酸性溶液中，牺牲阳极不接电源。在这个过程中，牺牲铁阳极能够溶解适量的二价铁离子参与芬顿反应，同时也能够更加有效的与电产生的H2O2反应生成羟基自由基来降解有机物。
4、本发明制备出了催化四环素降解的Ag@ZOF阴极和SnO2/PbO2阳极，Ag@ZOF阴极不仅能够吸附一部分的四环素，还能显著提高芬顿产生过氧化氢和自由基离子的活性。
综上所述，本发明的芬顿反应器有效的提高了四环素的降解效率，有效的回收利用了四环素废水。
附图说明
图1为ZOF和Ag@ZOF阴极的循环伏安图；
图中：横坐标表示电压，单位v，纵坐标表示电流，单位A，扫描速率0.01V/s，于1mol/L Na2SO4中扫描循环伏安图，
图2为SnO2/PbO2阳极的循环伏安图；
图中：横坐标表示电压，单位v，纵坐标表示电流，单位A，扫描速率0.01V/s，于1mol/L Na2SO4中扫描循环伏安图。M1:0.66 mmolSnO2-CTAB颗粒与1.32 mmol Pb(NO3)2进行电沉积实验生成的阳极。M2钛网无附着催化剂的阳极。M3：0.66 mmol SnO2-CTAB颗粒与0.66 mmol Pb(NO3)2进行的电沉积实验生成的阳极。
图3为芬顿降解四环素的处理性能图。
图中: 横坐标表示时间，单位min；纵坐标左侧代表去除效率；图右侧注释代表废水中四环素的浓度，单位mg/L。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。
实施例1
制备Ag@ZOF催化阴极和SnO2/PbO2催化阳极，Fenton反应装置的安装步骤如下：
（1）Ag@ZOF阴极的制备：将5 mmol 硝酸锌和 1 mmol硫酸银加入50 mL甲醇中对进行超声处理 8-15分钟获得溶液A。随后，通过将20 mmol 2-甲基咪唑 (C4H6N2) 加入在50mL甲醇中磁力搅拌15-25分钟获得溶液B。接着，取50mL溶液A缓慢滴加至50mL溶液B中，并不断搅拌，混合溶液在40℃下搅拌1h。获得Ag@ZOF催化剂。不锈钢网在丙酮、去离子水、0.5 M盐酸、去离子水、0.5 M H2SO4中交替进行超声波预处理。20 分钟，然后用超纯水冲洗。将含有Ag@ZOF催化剂溶液搅拌后，将未冷却的溶液与预处理过的不锈钢基材一起倒入培养皿中。然后将培养皿密封并在室温下静置24 小时，最终得到附着均匀的白色固体。Ag@ZOF阴极的制备完成。
(2)SnO2/PbO2阳极制备：将 2 mmol十六烷基三甲基溴化铵 (CTAB) 溶解在100 mL超纯水中并磁力搅拌30分钟。CTAB完全溶解后，边搅拌边加入0.45g SnCl2·2H2O。30分钟后，形成乳白色悬浮液。将溶液转移到100 mL 内衬聚四氟乙烯的高压釜中。随后，将高压釜在真空干燥箱中加热至160℃达6小时。后续处理后的溶液在室温下自然冷却。接着，将制备的溶液离心收集淡黄色沉淀，用水和乙醇洗涤10次。最后，将洗涤后的淡黄色沉淀物在 50°C 下干燥以获得 SnO2-CTAB颗粒。将0.66 mmol SnO2-CTAB颗粒与1.32 mmol Pb(NO3)2加入到100mL水中并进行搅拌，并加入1 M硝酸，0.05mol氟化钠来制备电解液。将钛网作为阴极，阳极选用不锈钢网，进行电沉积实验。最终SnO2/PbO2颗粒附着到阳极表面，形成SnO2/PbO2阳极。
(3)反应装置的安装：将制备好的阳极和阴极电极固定并用导线分别连接在直流电源的正负极上。并将牺牲铁阳极固定好，阴极下面放入曝气泵装置。
对比例1：
制备ZOF催化阴极和SnO2/PbO2催化阳极，Fenton反应装置器的安装步骤如下：
（1）ZOF催化阴极的制备：将5 mmol Zn(NO3)2·6H2O加入50 mL甲醇中对进行超声处理 10分钟获得溶液C。随后，通过将20 mmol 2-甲基咪唑 (C4H6N2) 加入在50mL甲醇中磁力搅拌 20分钟获得溶液B。接着，将溶液C缓慢滴加到溶液B中，并不断搅拌。混合溶液在40℃下搅拌1h。获得ZOF催化剂。不锈钢网按照实例1中步骤进行处理完成。将含有ZOF催化剂溶液搅拌后，将未冷却的溶液与预处理过的不锈钢基材一起倒入培养皿中。然后将培养皿密封并在室温下静置24 小时，最终得到附着均匀的白色固体。ZOF催化阴极的制备完成。
（2）SnO2/PbO2阳极制备：同实施例1。
（3）反应装置的安装：同实施例1。
对比例2：
制备Ag@ZOF催化阴极和SnO2/PbO2催化阳极，Fenton反应装置的安装步骤如下：
（1）Ag@ZOF阴极的制备：同实施例1。
（2）将钛网作为阳极。
（3）反应装置的安装：同实施例1。
对比例3：
制备Ag@ZOF催化阴极和SnO2/PbO2催化阳极，Fenton反应装置的安装步骤如下：
（1）Ag@ZOF阴极的制备：同实施例1。
（2）SnO2/PbO2阳极制备：SnO2-CTAB颗粒的制备同实例1。将0.66 mmol SnO2-CTAB颗粒与0.66 mmol Pb(NO3)2加入到100mL水中并进行搅拌，并加入1 M硝酸，0.05 mol氟化钠来制备电解液。将钛网作为阴极，阳极选用不锈钢网，进行电沉积实验。将PbO2/SnO2颗粒附着于钛网表面，PbO2/SnO2阳极制备完成。
（3）反应装置的安装：同实施例1。
测试1
检验实施例1与对比例1获得的催化阴极的氧化还原性。
采用循环伏安法进行催化阴极氧化还原性测试，扫描速度0.01V/s,在1 mol/L的硫酸钠溶液中分别对含有不同催化剂的催化阴极进行循环伏安表征，结果见图1。如图1可知，Ag@ZOF催化阴极相比于ZOF的循环伏安曲线具有明显氧化还原峰，说明催化剂Ag@ZOF阴极比ZOF阴极的氧化还原反应具有明显的促进作用。
测试2
检验实施例1与对比例2-3获得的催化阴极的氧化还原性。
采用循环伏安法进行催化阳极氧化还原性测试，扫描速度0.01V/s,在1 mol/L的硫酸钠溶液中分别对含有不同催化剂比例的阳极进行循环伏安表征，结果见图2。如图2可知，M1相比于M2,M3的循环伏安曲线具有明显氧化还原峰，展现出更高的电容性。说明M1比M2,M3对氧化还原反应具有明显的促进作用。
测试3
对实施例1制备的Ag@ZOF催化阴极和SnO2/PbO2催化阳极，Fenton反应装置器进行处理四环素废水性能检验。
将制备好的Ag@ZOF阴极和SnO2/PbO2阳极固定并用导线分别连接在直流电源的正负极上。并将牺牲铁阳极固定好，阴极下面放入曝气泵装置。以0.05 M Na2SO4水溶液为支持电解质，调节不同浓度（浓度分别为10m/L,15m/L,20m/L,25m/L）的四环素作为模拟废水，并测试系统处理四环素的性能。结果如图3。可见，本发明的Fenton反应装置能够有效去除四环素，实现对四环素废水的有效净化。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种芬顿反应器的制备工艺，其特征在于包括以下制备工艺：
（1）制备Ag@ZOF催化剂：将硝酸锌与硫酸银加入到甲醇中进行超声处理，获得溶液A；将二甲基咪唑在甲醇中磁力搅拌，获得溶液B；将溶液A缓慢滴加至溶液B中，并不断搅拌，获得Ag@ZOF催化剂；
（2）制备Ag@ZOF阴极：去除不锈钢网表面杂质，使催化剂更加利于附着，然后将不锈钢网浸于步骤（1）所得的Ag@ZOF催化剂中，使Ag@ZOF附着于不锈钢网表面；
（3）制备SnO2-CTAB颗粒：用水热合成法制备SnO2-CTAB颗粒；
（4）制备PbO2/SnO2阳极：将SnO2-CTAB颗粒与Pb(NO3)2加入水中搅拌，并加入硝酸、氟化钠来制备电解液，通过电沉积法将PbO2/SnO2颗粒附着于钛网表面；
（5）以步骤（2）获得的Ag@ZOF为阴极，以步骤（4）获得的PbO2/SnO2为阳极电极，放入反应器中固定并用导线连接至外接电源，将作为牺牲阳极的铁片放入反应器中，阴极电极下面放入曝气泵来提供芬顿反应中所需要的氧气。
2.按照权利要求1所述的一种芬顿反应器的制备工艺，其特征在于所述步骤（1）中，将5mmoL硝酸锌与1mmol硫酸银加入到50mL甲醇中进行超声处理8-15分钟，当溶液完全溶解时，即得溶液A；将20mmol2-甲基咪唑 (C4H6N2)在50mL甲醇中磁力搅拌15-25分钟，得到溶液B。
3.按照权利要求2所述的一种芬顿反应器的制备工艺，其特征在于所述步骤（1）中，将50mL溶液A缓慢滴加至50mL溶液B中，在35-45℃下搅拌1小时，当溶液呈乳白色液体时即得Ag@ZOF催化剂。
4.按照权利要求1所述的一种芬顿反应器的制备工艺，其特征在于所述步骤（2）中，将Ag@ZOF催化剂和不锈钢网放在培养皿中，静置24小时，不锈钢网上附着Ag@ZOF白色沉淀催化剂，形成Ag@ZOF阴极。
5.按照权利要求1所述的一种芬顿反应器的制备工艺，其特征在于所述步骤（3）中，2mmol十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶解在100mL水中并搅拌，完全溶解后，加入0.45gSnCl2·2H2O，形成乳白色悬浮液后，将溶液转移到内衬聚四氟乙烯的高压釜中，将高压釜在真空干燥箱中加热至160℃达6小时，之后在室温下自然冷却，收集淡黄色沉淀，将淡黄色沉淀用水和乙醇洗涤，使生成的SnO2-CTAB颗粒更更加纯净，洗涤后的淡黄色沉淀物经干燥后，获得SnO2-CTAB颗粒。
6.按照权利要求1所述的一种芬顿反应器的制备工艺，其特征在于所述步骤（4）中，0.66 mmol SnO2-CTAB颗粒与1.32 mmol Pb(NO3)2加入水中搅拌，并加入1M硝酸、0.05mol氟化钠来制备电解液，通过电沉积法将PbO2/SnO2颗粒附着于钛网表面。
7.按照权利要求6所述的一种芬顿反应器的制备工艺，其特征在于所述步骤（4）中，钛网作为阴极、阳极采用不锈钢网，通过电沉积法，将PbO2/SnO2颗粒附着于钛网表面，PbO2/SnO2阳极制备完成。
8.采用权利要求1-7任一权利要求所述的一种芬顿反应器的制备工艺制得的芬顿反应器。
9.采用权利要求8所述的芬顿反应器在处理难降解四环素废水中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110797921.5A CN113354038B (zh) | 2021-07-15 | 2021-07-15 | 一种芬顿反应器及其制备工艺、应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110797921.5A CN113354038B (zh) | 2021-07-15 | 2021-07-15 | 一种芬顿反应器及其制备工艺、应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113354038A true CN113354038A (zh) | 2021-09-07 |
| CN113354038B CN113354038B (zh) | 2022-06-21 |
Family
ID=77539504
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110797921.5A Active CN113354038B (zh) | 2021-07-15 | 2021-07-15 | 一种芬顿反应器及其制备工艺、应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113354038B (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1789154A (zh) * | 2004-12-15 | 2006-06-21 | 中国科学院生态环境研究中心 | 一种利用感应电芬顿反应去除水中有机物的方法及装置 |
| US20110123877A1 (en) * | 2007-08-23 | 2011-05-26 | Nec Corporation | Catalyst for oxygen reduction electrode and oxygen reduction electrode |
| CN108598504A (zh) * | 2018-04-19 | 2018-09-28 | 燕山大学 | 一种高催化活性燃料电池阴极催化剂 |
-
2021
- 2021-07-15 CN CN202110797921.5A patent/CN113354038B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1789154A (zh) * | 2004-12-15 | 2006-06-21 | 中国科学院生态环境研究中心 | 一种利用感应电芬顿反应去除水中有机物的方法及装置 |
| US20110123877A1 (en) * | 2007-08-23 | 2011-05-26 | Nec Corporation | Catalyst for oxygen reduction electrode and oxygen reduction electrode |
| CN108598504A (zh) * | 2018-04-19 | 2018-09-28 | 燕山大学 | 一种高催化活性燃料电池阴极催化剂 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| WEIYI WANG: "Surface characterization and electrochemical properties of PbO2/SnO2 composite anodes for electrocatalytic oxidation of m-nitrophenol", 《ELECTROCHIMICA ACTA》 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113354038B (zh) | 2022-06-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20210309681A1 (en) | Preparation method and use of graphite felt (gf)-supported metal-organic framework (mof) cathode material | |
| CN111039388B (zh) | 负载单原子催化剂的聚酰亚胺基催化阴极炭膜及其应用 | |
| CN110344029B (zh) | 一种表面羟基化氧化铁薄膜光阳极材料的制备方法 | |
| CN109665598B (zh) | 碳酸根自由基光催化废水发电方法 | |
| CN110241439B (zh) | 一种等离子体处理制备表面羟基化wo3薄膜光电极材料的方法 | |
| CN110272100B (zh) | Ti4O7涂层的陶瓷微滤膜电极的制备方法 | |
| CN113774416A (zh) | 一种气体扩散阴极及原位产过氧化氢的电化学反应器 | |
| CN112495400B (zh) | 一种具有S空位的SnS2纳米片的制备及其在光降解Cr(Ⅵ)上的应用 | |
| CN111939914B (zh) | 一种利用废弃铜箔制备高活性三元金属析氧催化剂的方法 | |
| CN113354038B (zh) | 一种芬顿反应器及其制备工艺、应用 | |
| CN112495403A (zh) | 一种BiOCl/Bi2O3光催化材料及其制备方法和应用 | |
| CN112499729A (zh) | 一种活性层引入s掺杂的go的电极及其制备和应用 | |
| CN112691664A (zh) | 一种Fe2O3/TiO2纳米光催化剂薄膜复合材料及其制备方法 | |
| CN110194438B (zh) | 一种碘酸氧铋纳米片材料及其制备方法 | |
| LU501787B1 (en) | Photoelectric biological fenton system and antibiotic wastewater treatment process thereof | |
| CN107973367B (zh) | 一种Fe掺杂包裹型TiO2光催化剂降解废水的工艺 | |
| CN113355688B (zh) | 一种电催化还原CO2的Cu-MOF材料及其制备方法 | |
| CN115092991A (zh) | 基于碳量子点和二茂铁共掺杂的p型MOF光阴极的废水燃料电池及其制备和应用 | |
| CN114291849A (zh) | 一种Fe氧化物纳米材料的制备方法及应用 | |
| CN108499575B (zh) | 一种硫化铜-二氧化钛纳米复合物的制备方法 | |
| CN108383214B (zh) | 一种光伏电催化有机废水处理反应器及其阳极制备方法 | |
| CN102491459A (zh) | 一种非金属掺杂钛基薄膜电极、制备方法及其应用 | |
| CN112707478A (zh) | 一种FeIIFeIII层状金属氢氧化物修饰石墨毡电极的制备方法和应用 | |
| CN114210373B (zh) | 阴极wsp催化导电复合膜及其制备工艺、应用 | |
| CN116154197B (zh) | 一种生物质改性全钒液流电池电极及其制备方法和应用 |
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: 20230902 Address after: No.10, Hongqi West Road, Zhifu District, Yantai City, Shandong Province Patentee after: YANTAI JIETONG WATER TREATMENT TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 264003 No. 30 Qingquan Road, Laishan District, Yantai City, Shandong Province Patentee before: Yantai University |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A Fenton reactor and its preparation process and application Effective date of registration: 20231222 Granted publication date: 20220621 Pledgee: Yantai Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Zhifu District Hongkou sub branch Pledgor: YANTAI JIETONG WATER TREATMENT TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2023980073672 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |