[发明专利]一种Pd-Pt-多形态氮活性炭纤维电极的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合电极的制备方法，尤其涉及一种Pd-Pt-多形态氮活性炭纤维电极的制备方法及在处理废水中氧化性污染物的应用，属于电化学催化电极技术领域。

背景领域

随着社会经济的快速发展，人类活动对环境造成的污染也越来越严重，特别是对水资源造成的污染问题，已成为制约经济发展的关键性因素。在水污染问题中，由氧化性污染物造成的水体污染逐渐加重，这些氧化性污染物主要有硝酸盐、高氯酸盐、溴酸盐及挥发性有机物质如氯仿等。高氯酸盐在饮用水体中的污染问题非常具有代表性。高氯酸盐主要来源于烟花制造业和航空航天产业。它在水中性质非常稳定，一经形成很难去除，进入人体的高氯酸盐可以干扰甲状腺素的合成与分泌，从而影响人体正常的新陈代谢，阻碍人体的生长于发育，对生长发育期的儿童影响尤为严重，一旦婴幼儿体内的高氯酸盐过量，儿童会出现智商偏低、学习障碍、发育迟缓、多动症、注意力分散，甚至会出现弱智等症状。2005年，美国环境保护署所确定的高氯酸盐的安全阈值为每日每千克体重0.7mg。

由于高氯酸盐可以直接危及人体健康乃至生命安全，且一经形成很难被降解，因此，许多研究者开发了一系列相应的高氯酸盐去除方法。常见的技术方法有物理法、化学法、生物降解法和物理－化学法。物理法主要是吸附，由于吸附材料的吸附能力有限，且吸附效果会随着处理时间的延长而不断降低；化学法主要是催化还原，虽然催化效率很高，但催化剂在空气中极容易氧化；生物降解法分解高氯酸盐后，还需要进行较强的后处理，以去除水中生物和产生的代谢产物；物理－化学法主要是将吸附和催化进行耦合形成一种高效的去除方法，但是由于催化剂的再生性能差和氢气属于易燃易爆物，所以难以进行大规模的扩展。因此，上述方法在实际水体中的应用都受到一定限制。电催化还原技术因为其反应速度快、无二次污染、反应条件温和等，逐渐成为国内外研究的热点之一。在电化学反应体系中，电极处于“心脏”地位，是实现电催化反应及提高电流效率，降低能耗的关键因素，因此，寻找和研制催化活性好、稳定性高的电极材料，具有很强的实际意义。

负载过渡金属作为电催化还原电极催化还原含氧阴离子，目前的催化电极的催化能力低、对还原产物选择性能差、电极的重复利用性能差，电极的电催化性能不能满足废水处理的实际需要，并且电极表面负载的金属容易脱落、负载后的电极吸附能力差致使电极表面催化位点过少降低催化效果，因此必须努力制备新的有前景的催还电极材料。

发明内容

本发明的目的是克服现有电催化技术的不足，提供一种可用于连续性吸附－还原氧化性污染物的Pd-Pt-多形态氮活性炭纤维电极的制备方法及在处理废水中氧化性污染物的应用。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

技术方案之一：

所述Pd-Pt-多形态氮活性炭纤维电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)将活性炭纤维(ACF)在2～8mol/LHNO₃中氧化和清洗预处理1～5h，并用去离子水冲洗至洗涤液pH稳定后，真空条件下干燥。

(2)将步骤(1)得到的ACF在管式炉中进行氨化改性，通入氮气排除管式炉内的空气后加热升温到200℃～500℃煅烧0.5h，然后通入氨气，升温到600℃～900℃氨化1h，在氨气的气氛中冷却得到多形态氮活性炭纤维(NACF)。

(3)将步骤(2)得到的NACF在氯化钯的盐酸溶液中进行浸渍，并超声陈化0.1～1h，陈化后用去离子水清洗，清洗真空干燥后与氢氧化钠、乙醇回流反应，并利用去离子水清洗，真空干燥得到Pd-多形态氮活性炭纤维(Pd-NACF)。

(4)将步骤(3)得到的Pd－NACF在氯铂酸、聚乙烯吡咯烷酮的混合溶液中进行超声陈化0.1～1h，陈化后置于乙醇溶液中回流反应，并利用去离子水进行清洗，真空干燥得到Pd-Pt-多形态氮活性炭纤维电极(Pd-Pt-NACF电极)。

步骤(2)所述的煅烧温度优选为400℃；氨化温度优选为700℃。

步骤(3)(4)所述的超声陈化时间优选为0.5h；Pd的负载量优选为5wt％；

Pt的负载量优选为2wt％。

技术方案之二：

所述Pd-Pt-多形态氮活性炭纤维电极在处理废水中氧化性污染物的应用。

所述氧化性污染物为高氯酸盐、溴酸盐、硝酸盐和亚硝酸盐中的一种或数种。