[发明专利]一种纳米涂层电极的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种用纳米涂层Ti/SnO₂-Sb-Ce电极降解全氟辛烷磺酸的工艺，用于消除废水中的全氟辛烷磺酸，属于电化学与环保技术领域。

背景技术

全氟辛烷磺酸(PFOS，C₈F₁₇SO₃H)作为表面活性剂、防污剂、添加剂、泡沫灭火剂、高分子乳化剂和杀虫剂等，其生产和使用已经超过五十年。由于PFOS中C-F键具有高键能(116Kcal/mol)、高还原电势(E₀＝3.6V)及弱极性PFOS具备极强的稳定性。全氟辛烷磺酸作为全氟化合物(PFCs)在环境中的主要归宿之一，其稳定的化学性质、不易挥发以及不能被生态系统降解的特性使其广泛存在于自然水体、沉积物、动物以及人体内，严重威胁着生态环境和人体健康。近年来，各国学者研究发现PFOS在高等动物体内处于高浓度水平，其蓄积水平高于已知的有机氯浓药和二噁英等持久性有机污染物数百倍至数千倍。有关研究表明PFOS具有肝脏毒性、遗传毒性、生殖毒性、神经毒性、发育毒性及内分泌干扰等多种毒性，会影响脂肪代谢，影响后代雌雄比及延迟幼龄动物的生长发育等，被认为是一类具有全身多器脏毒性的环境污染物。

目前，全球性全氟辛烷磺酸污染及其对人体健康的影响已经引起了各国政府和科学界的高度关注，2002年12月，OECD召开的第34次化学品委员会联合会议上将PFOS定义为“持久存在于环境、具有生物储蓄性并对人类有害的物质”；2009年12月30日，USEPA发布了首个“化学品行动计划”，将对包括全氟辛烷磺酸在内的长链全氟化合物引起的健康和环境问题予以处理；另外，欧盟于2006年12月27日在欧洲议会和部长理事会联合发布了《关于限制全氟辛烷磺酸销售及使用的指用》。2009年5月，PFOS及基盐类连同其前体物全氟辛基酰氟被正式增式增列到《斯德哥尔摩公约》的附件B限制类，旨在限制全世界范围的生产和使用。

目前，世界范围类难以找出在温和条件下有效降解并且适用于大规模应用的技术。当然存在的针对水体中PFOS降解技术，包括紫外光解、均相光催化、超声辐射、等离子体氧化、亚临界态零价铁还原以及维生维B₁₂还原等，虽都能取得一定效果，但都存在条件苛刻、能耗大及不适用污水处理等缺陷。因此，非常有必要开发出新的能在温和下能对PFOS进行有效降解的新技术，以应用其带来的风险。

当前，现有的针对水体中全氟辛酸降解技术的相关国内专利记载仅1项，专利申请号为200510011126.X(授权公告号CN 100347137C)，名称为“一种全氟取代化合物脱氟降解的方法”，公开了一种在185nm及172nm紫外条件下光解及光催化降解全氟辛酸或全氟辛烷磺酸盐的降解方法。

至今，尚无采用电化学对水中全氟辛烷磺酸进行高效矿化净化技术的报导。

发明内容

本发明目的在于降解废水中全氟辛烷磺酸，针对现有技术的不足，提供一种能在温和条件下对水中全氟辛烷磺酸进行有效降解的新型净化技术。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种纳米涂层Ti/SnO₂-Sn-Ce电极的制备方法，包括步骤：

①Ti基体预处理：首先是对Ti基体用砂纸进行打磨，去除表面氧化物，然后浸入氢氧化钠溶液中，以去除表面的油污，之后在草酸溶液中蚀刻，以获得灰色平整的表面；

②锡锑铈聚合前驱溶胶制备：首先在一定温度下将柠檬酸溶于乙二醇获得柠檬酸脂，然后依次加入含锡锑铈的盐，之后在一定温度下去除水分，自然冷却后即获得含锡锑的聚合前驱体溶胶；

③纳米涂层Ti/SnO₂-Sb-Ce电极制备：采用拉提法将制备的含锡锑的聚合前驱体溶胶覆在Ti基体上，然后在烘箱中使溶胶转为凝胶，之后转入马弗炉中焙烧，取出自然冷却清洗烘干后再重复前过程，反复重复一定次数，即制得纳米涂层Ti/SnO₂-Sb-Ce电极。

电化学氧化降解水中全氟辛烷磺酸：

以1.0～5.0g/L高氯酸钠为支持电解质配制含5～500mg/L全氟辛烷磺酸的溶液；以纳米涂层Ti/SnO₂-Sb-Ce电极为阳极，以Ti或304不锈钢为阴极，采用平板床为电化学反应器；调节电流密度为2～40mA/cm²，极板间距为2mm～20mm条件下对全氟辛烷磺酸水溶液进行电化学氧化处理。