[发明专利]一种基于负载型活性炭纤维的电芬顿阴极材料的制备及应用

说明书

本发明公开了一种基于负载型活性炭纤维的电芬顿阴极材料的制备及应用，溶解氧在活性炭纤维阴极表面通过发生两电子的氧还原反应产生过氧化氢，生成的过氧化氢与活性炭纤维表面负载的铁离子或铜离子络合物催化剂反应产生强氧化剂羟基自由基，可在pH中性条件下氧化去除难降解有机物。此活性炭纤维电芬顿阴极制备方法简单，条件温和，原位产生过氧化氢避免了其在运输、储存时可能产生的危险；处理过程清洁，无需外部持续投加Fe(II)药剂，减少了污泥产量，不产生二次污染。本发明原材料廉价易得，制备方法简单，处理周期短，易与其他处理方法结合，有利于大规模生产和综合治理有机污染物。

技术领域

本发明属于环境功能材料和电化学水处理技术领域，涉及非均相电芬顿活性炭纤维阴极，特别涉及一种基于负载型活性炭纤维的电芬顿阴极材料的制备及应用。

背景技术

随着经济发展和社会进步，种类繁多的药品和个人护理品(PPCPs)，包括处方药与非处方药、兽医药剂、化妆品、人工合成麝香、染发剂和杀菌剂等被排入水环境，这类新型污染物通常易于生物富集，在低浓度下影响水生生物，进而影响到人类的健康。大多数的PPCPs以原始或被转化的形式排入到污水中进入污水处理厂。目前，对于这类含有微量难降解污染物的污水，国内外尚无可普遍推广的经济有效的方法。电芬顿法作为一种环境友好的水处理高级氧化技术，在处理难降解有机污染物方面引起越来越多的关注。由于其可以在原位产生H₂O₂，有效避免了其在运输、储存方面的危险。传统的均相电芬顿技术对pH要求比较严苛，目前仅适用于处理酸性废水(pH＝2～4)，对于中性和碱性废水，需在处理和排放前投加大量的酸、碱性药剂，大大增加了处理成本，反应后还会产生大量含铁污泥，造成二次污染。

由于均相电芬顿体系存在的以上局限，目前非均电相芬顿催化剂的研发一直是国内外研究的重点。专利CN 105905985 A将去污的石墨毡材料作为阴极，铂丝作为阳极，饱和甘汞电极作为参比电极，氧化石墨烯悬浮液、3-4-乙烯二氧噻吩和聚对苯乙烯磺酸钠混合液为电解液，采用循环伏安电聚合方法制备改性石墨毡非均相电芬顿电极；专利CN103496764 A以高析氧过电位电极为阳极、空气扩散电极为阴极，聚四氟乙烯改性铁碳为非均相催化剂处理二氯酚，这里的PTFE-粘结式空气扩散电极在耐压性和放大实验效果还有待考察。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于负载型活性炭纤维的电芬顿阴极材料的制备及应用，用该负载型活性炭纤维作为阴极，在pH中性条件下，利用水中的溶解氧在阴极表面电化学快速还原原位生成过氧化氢，过氧化氢与负载在碳阴极表面的铁离子或铜离子络合物激发反应生成羟基自由基，氧化降解布洛芬等有机污染物。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于负载型活性炭纤维的电芬顿阴极材料的制备，包括如下步骤：

(1)取活性炭纤维阴极基底材料进行预处理；

(2)取预处理过的材料在络合剂和金属盐溶液中依次浸渍；

(3)冲洗，干燥备用。

所述活性炭纤维阴极基底材料为黏胶基活性炭纤维、酚醛基活性炭纤维、沥青基活性炭纤维或聚丙烯腈基活性炭纤维。

所述预处理是先用丙酮或无水乙醇超声浸泡10～30分钟，清洗后再用1～3mol/L的硝酸溶液超声浸泡10～30分钟，最后用去离子水清洗后，干燥备用。

所述络合剂为乙二胺四乙酸、琥珀酸、草酸、草酸盐、柠檬酸和柠檬酸盐中的一种或者几种；所述金属盐为铜盐和/或铁盐。

所述预处理过的材料依次在络合剂中的浸渍1～6h，金属盐溶液中浸渍1～6h，均在常温下进行。