[发明专利]一种处理含氟有机污染物的SnO2电极

说明书

技术领域

本发明涉及材料化学领域，尤其是涉及一种处理含氟有机污染物的高疏水性高析氧电位SnO₂电极产品。

背景技术

电化学氧化方法的原理是通过阳极产生的羟基自由基(·OH)作为主要氧化剂，利用羟基自由基的强氧化性将有机污染物氧化降解为有机小分子中间体或CO₂。电化学氧化过程几乎不消耗化学试剂，产生的二次污染少，被称为环境友好技术。此外，电化学氧化方法还具有氧化能力强、可控性高、反应条件温和、占地面积小等优点，是高效的环境污染物降解技术，受到越来越多的重视，应用前景十分广泛。而限制该技术发展的最大影响因素是阳极材料。阳极材料除了制备成本应尽可能的低廉外，还必须具备良好的导电性、高的析氧电位及良好的催化降解活性等特点，以应用于废水中有机污染物的电化学氧化处理。

钛基金属氧化物涂层电极是一类适用于废水中有机污染物电化学氧化处理的阳极材料，引起了广泛的关注。其中掺锑的SnO₂是一种优良的电催化剂，具有较高的析氧电位和较好的电催化活性，适用于有机污染物的电催化氧化降解，已成为研究的热点。Stucki等人利用涂覆法制备了锑掺杂的二氧化锡钛基电极，其析氧电位达到1.8V vs SCE以上。与PbO₂，Pt电极相比，SnO₂电极对苯酚，苯甲酸的氧化效率更高，是一类更好的电极。Comninellis等人考察了锑掺杂的SnO₂钛基电极的电化学性能，研究发现，与一些传统的Pt电极和RuO₂、IrO₂钛基电极相比，掺杂Sb的SnO₂电极不仅制备成本相对便宜，而且对苯酚、苯醌、以及芳香胺、氨氮等污染物的降解效率要高于上述电极。该电极对反应物和反应过程产生的毒性中间产物具有很好的催化性能，因而能得到更快、更彻底的氧化，中间产物少，是一类更为高效的阳极材料。Grmim等人采用溶胶凝胶法制备了SnO₂/Ti电极，并研究了苯酚在该电极上的电催化氧化行为。结果表明，SnO₂/Ti电极由于析氧电位较高，可有效地抑制析氧反应，使苯酚的降解效率提高。此外，掺锑的SnO₂电催化剂易于制备，成本低廉。正是掺锑的SnO₂电极具备上述众多优点，因此被认为是能够应用于有机污染物废水电化学氧化处理技术的极具发展潜力的电极之一。

尽管传统方法，如溶胶凝胶法、电沉积法等制备的掺锑的SnO₂电极具有较高的析氧电位和较强的电催化氧化能力，但与近几年来研制开发的另一种高效的阳极材料掺硼金刚石膜(BDD)电极相比，后者表现出更优的电化学降解能力和更快的降解速率。这主要是因为BDD电极具有更高的析氧电位，达到2.4V以上。另外，最新的一些深入的机理研究还发现，BDD高效的电催化性能与其表面·OH的高效性存在极大的相关性。很多研究表明，SnO₂电极产生的·OH要比BDD电极产生的·OH要多，但氧化效率却低于BDD电极。因此，认为BDD电极表面自由的·OH可能比SnO₂更多，即能够参与污染物氧化降解反应的自由·OH数量更多。相反，SnO₂电极有部分·OH被吸附在表面，不能和有机污染物结合，而是发生析氧等副反应。由此我们注意到BDD与SnO₂两种电极表面的亲疏水性能的差异。BDD电极的表面是疏水性的，而SnO₂表面则是亲水性的，这可能导致了两种电极对·OH吸附性能的不同。如果我们能够改变SnO₂电极的表面吸附性能，提高·OH的利用率，就有可能得到比BDD电极氧化性能更强的电极。

因此，利用简单的电沉积方法，通过对SnO₂电极进行结构设计和表面锑、氟的掺杂改性，在改善其优良电催化性能的同时，进一步提高其析氧电位，改变电极表面的亲疏水性，势必会得到一种具有优异电化学催化氧化性能的新颖电极，对于高浓度有机污染物的电催化氧化方法的研究和应用有着重要的意义。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种兼具高析氧电位、高催化活性和高疏水表面的处理含氟有机污染物的SnO₂电极。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：