[发明专利]一种氨基乙酸掺杂聚苯胺修饰电极及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种氨基乙酸掺杂聚苯胺修饰电极及其制备方法和应用。

背景技术

水体中的铬主要来源于电镀、涂料生产、纺织业、制革、木材防腐等行业。铬主要以六价铬和三价铬的形式存在，其中六价铬具有强氧化性、高毒性、易迁移性和致癌性，其毒性为三价铬的500倍。鉴于铬污染的危害性，美国环保局把铬列为优先污染物(Priority Pollutants)，并规定饮用水中总铬的浓度应低于0.1mg/L，世界卫生组织亦规定六价铬的最高允许排放浓度为0.005mg/L，国内饮用水水质标准六价铬的限值为0.05mg/L。因此，如何快速有效地将高毒性的六价铬转换为低毒性的三价铬是处理六价铬废水的关键性步骤。

目前通过该过程来处理含六价铬废水的方法主要包括化学还原法和电化学还原法两大类。其中化学还原法主要是通过投加还原性物质，例如亚铁、亚硫酸盐以及硫化物等，但是此类方法会产生大量的有毒污泥，容易造成其二次污染。而电化学还原法则是通过阴极电子传递将六价铬转换为三价铬，其无需投加还原性化学物质，且污泥产生量非常小，堪称六价铬处理的绿色技术。

但是目前该技术仍存在如下诸多的不足：1)相比于高浓度的六价铬，低浓度的六价铬更难被有效去除；2)电极比表面积较小，降低了电子的传递效率；3)六价铬以阴离子的形式存在，电场力使其难以靠近阴极表面得到电子。以上不足也限制了该技术的广泛应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种具有高吸附性、高还原性以及高稳定性的氨基乙酸掺杂聚苯胺修饰电极，还提供了该氨基乙酸掺杂聚苯胺修饰电极的制备方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种氨基乙酸掺杂聚苯胺修饰电极，包括电极基材，电极基材的反应端表面修饰有聚苯胺，聚苯胺上掺杂有氨基乙酸。

进一步的，前述电极基材具有网状或孔状结构。

作为本发明的同一技术构思，本发明还提供了前述的氨基乙酸掺杂聚苯胺修饰电极的制备方法，包括以下步骤：

S1、将苯胺、聚乙烯醇、硫酸、氨基乙酸混合配制成水溶液，作为电解质液；以电极基材作为工作电极，铂片作为对电极，银/氯化银电极作为参比电极，建立三电极体系；

S2、在步骤S1中建立的三电极体系中进行伏安循环扫描，当阳极峰的单位有效体积电流密度达到饱和值时停止扫描，完成氨基乙酸掺杂聚苯胺修饰电极的制备。

本发明制备方法的步骤S1中，电极基材优选为网状玻璃碳，电极基材的孔密度为30～100PPI(单位英寸长度上的平均孔数)。电极基材使用前，依次采用乙醇和水进行超声清洗，其中乙醇的体积分数为80％～90％，超声清洗温度为20℃～50℃。

进一步的，前述步骤S1中，电解质液在使用前还包括除氧气预处理步骤：往前述水溶液中通入流量为20mL/min～50mL/min的氮气进行除氧气处理20min～40min。

进一步的，前述步骤S1中，电解质液中，苯胺的浓度为5g/L～18g/L，聚乙烯醇的浓度为0.5g/L～3g/L，硫酸的体积分数为10～30％，氨基乙酸的浓度为4g/L～12g/L。

进一步的，前述步骤S2中，伏安循环扫描的电位为-0.3V～1.0V，扫描速度为20mV/s～60mV/s；阳极峰的电位为0.1V～0.3V；饱和值为3000A/m³～6000A/m³；步骤S2的重复次数为2次～4次。伏安循环扫描过程中所采用的电位为相对于银/氯化银电极的电位。

作为本发明的同一技术构思，本发明还提供了一种前述的氨基乙酸掺杂聚苯胺修饰电极或前述制备方法制得的氨基乙酸掺杂聚苯胺修饰电极在处理含六价铬废水中的应用。

进一步的，前述应用包括以下步骤：将含六价铬废水加入到包括氨基乙酸掺杂聚苯胺修饰电极和惰性电极的电解系统中，在氨基乙酸掺杂聚苯胺修饰电极以及惰性电极上施加方形脉冲电流进行电化学吸附还原反应，完成对含六价铬废水的处理。

进一步的，前述方形脉冲电流的极性切换周期为1s～300s，电流大小为0.1～10A。

进一步的，前述含六价铬废水pH值根据以下关联式进行调节：pH＝-lg[Cr(VI)/(mol/L)]，其中Cr(VI)为废水中六价铬的浓度。

本发明的应用中，电解系统采用直流电源，电解系统中的惰性电极优选为钛电极。

与现有技术相比，本发明的优点在于：