[发明专利]一种具有光电催化功能的粒子电极及制备和应用

权利要求书

1.一种具有光电催化功能的粒子电极，由载体多孔石墨负载纳米TiO₂构成。

2.根据权利要求1所述的一种具有光电催化功能的粒子电极，其特征在于：固体多孔石墨为直径2～10mm，长度与直径之比为1～3的圆柱型石墨或宽度为2～10mm，长宽比为1～3长方体型石墨。

3.根据权利要求1所述的一种具有光电催化功能的粒子电极，其特征在于：所述的石墨负载纳米TiO₂为纯TiO₂或元素掺杂TiO₂。

4.根据权利要求1所述的一种具有光电催化功能的粒子电极，其特征在于：所述的掺杂元素为过渡元素、稀土元素或碱金属元素。

5.根据权利要求1所述的一种具有光电催化功能的粒子电极，其特征在于：所述的过渡元素为铁、钴、镉、钇、锆、钌或铟；稀土元素为镧、铈、钇、铕或钬；碱金属元素为锂、钾、铷或铯。

6.一种具有光电催化功能的粒子电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)石墨粒子的预处理：

将石墨粒子用蒸馏水浸泡12-24h并冲洗数次后，置于烧杯中煮沸10-20min，静置冷却后，滤去水分放入烘箱中烘烤24-36h待用；

(2)TiO₂溶胶制备：

a)纯纳米TiO₂溶胶制备：将钛酸四丁酯、抑止剂、表面活性剂和聚乙二醇缓慢加入并溶解到占总醇量2/3的无水乙醇中，在室温、磁力搅拌条件下快速搅拌2小时左右，制成稳定的均匀的溶液A，二次蒸馏水溶解在占总醇量1/3的无水乙醇中制备成溶液B，然后将B溶液慢慢滴加到A溶液中，并用1∶1的盐酸控制pH值为2-5，磁力搅拌1-2小时，得微黄色的透明溶胶；

b)元素掺杂TiO₂溶胶制备：采用共溶液掺杂法，即掺杂的元素以离子的形式由溶液A或溶液B引入共同形成溶胶。

(3)浸渍陈化：将上述制备的纳米TiO₂溶胶倒进容器中，将经预处理过的石墨粒子浸没在纳米TiO₂溶胶中进行常压或加压浸渍，并陈化至凝胶；

(4)热处理：将上述凝胶石墨粒子置于真空烘箱中，在110～150℃干燥3-5小时，保温1-2小时；

(5)焙烧活化：将上述热处理凝胶石墨粒子放入马弗炉内，升温至500～550℃，保温1-2小时，取出置于干燥器中自然冷却至室温；

(6)将焙烧活化好的粒子电极重复循环步骤(3)至(5)1～3次，即得到负载了纳米TiO₂的粒子电极。

7.根据权利要求6所述的一种具有光电催化功能的粒子电极的制备方法，其特征在于：步骤2所述的掺杂元素离子的量与钛酸四丁酯的量之比为0.5％～5％。

8.一种具有光电催化功能的粒子电极应用于三维电极光电催化反应器中能高效处理有机废水。