[发明专利]基于碳毡负载铁纳米颗粒的电芬顿阴极材料的制备方法及其在降解水中有机污染物中的应用

说明书

本发明公开了一种基于碳毡负载铁纳米颗粒的电芬顿阴极材料的制备方法及其在降解水中有机污染物中的应用，属于电芬顿阴极材料的制备及电芬顿水处理技术领域。本发明的技术方案要点为：将聚苯胺通过电化学沉积负载到纯碳毡上，再负载铁颗粒得到铁碳掺杂的多孔复合碳纤维材料，将此碳毡作为阴极材料应用于电芬顿水处理装置中并曝入空气，便可在阴极处催化产生羟基自由基，进而降解水中的有机污染物。本发明充分发挥了碳纤维比表面积大的特点，具有处理效率高、绿色环保等优点，能在工业印染废水和地下水处理领域产生经济效益和社会效益。

技术领域

本发明属于电芬顿阴极材料的制备及电芬顿水处理技术领域，具体涉及一种基于碳毡负载铁纳米颗粒的电芬顿阴极材料的制备方法及其在降解水中有机污染物中的应用。

背景技术

近年来，我国主要江河湖泊均不同程度地受到有机物的污染，主要受污染地区为长江中下游地区、黄河流域、珠江三角洲以及松花江流域。根据我国多年监测结果提出的水中优先控制污染物达68种，其中有毒有机污染物就有58种，我国水污染主要以有机物污染为主。其中持久性有机污染物对环境生态的危害性极大，难以降解，污染源广。其中，印染厂排放大量含有高浓度染料废水，成分复杂，难以利用传统的物理化学方法进行降解处理。同时以有机污染为主的土壤污染也逐渐引起广泛关注。有机污染物种类较多，对环境生态以及人类健康存在较大影响，对可持续发展具有一定的阻碍作用。目前，我国处理工业废水、生活污水以及土壤污染水域的方式较为单一，可选择性不强，难以广泛利用，成本较高，耗时耗力，净化效果不佳。随着科技的发展，高级氧化(AOP)技术在水污染处理中越来越受到业内的青睐，其具有能源效率高、自动化程度高和操作环境温和安全等特点，被认为是用于处理成分复杂的有机废水的最佳选择之一。

电芬顿技术主要依赖于金属离子催化生成双氧水进而产生羟基自由基从而达到氧化有机污染物的目的。电芬顿技术在降解有机物方面尤为出色，其在降解率和去污率方面都表现出了良好的性能，克服了传统芬顿中会产生大量沉积污泥和需要连续加入过氧化氢的缺点。电芬顿反应体系区别于以其它芬顿反应为基础的水处理工艺最主要的一点是，电芬顿反应可以电解产生过氧化氢，避免了生产过氧化氢的成本与风险，另外二价铁离子在阴极还原过程中连续再生，确保了降解的持续性。在电芬顿反应过程中，少量的亚铁离子可以增强过氧化氢的活性，从而更有效地产生三价铁离子和羟基自由基。从多方面来看，电芬顿技术在环境电化学领域中应用前景广阔。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种工艺简单且成本低廉的基于碳毡负载铁纳米颗粒的电芬顿阴极材料的制备方法，该方法制得的基于碳毡负载铁纳米颗粒的电芬顿阴极材料作为电极，在pH适宜的条件下，通入空气使氧气在活性碳毡表面还原成过氧化氢，所得过氧化氢进一步催化产生大量羟基自由基，进而氧化降解水中的有机污染物。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，基于碳毡负载铁纳米颗粒的电芬顿阴极材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：

步骤S1：将碳纤维材料分别用去离子水和乙醇超声浸泡20～40min，再经过清洗、干燥后备用；

步骤S2：由苯胺、浓盐酸和去离子水混合配制盐酸苯胺溶液备用，由七水合硫酸亚铁和去离子水配制硫酸亚铁溶液备用；

步骤S3：设置电沉积装置，该电沉积装置中的电极包括阳极、阴极和参比电极，其中阳极连接电化学工作站的正极，阴极连接电化学工作站的负极，参比电极为AgCl电极，配制的盐酸苯胺溶液作为沉积液，设置电化学工作站的电压为0.8V，通过恒电压的方法进行电沉积，电沉积反应1～2h后得到负载聚苯胺的沉积电极，再将沉积电极浸泡在配制的硫酸亚铁溶液中12～24h得到负载聚苯胺和铁纳米颗粒的电芬顿阴极材料；

步骤S4：将负载聚苯胺和铁纳米颗粒的电芬顿阴极材料置于管式炉内，在氮气氛围下以5℃/min的升温速率升温至600～900℃煅烧1～2h制得目标产物碳毡负载铁纳米颗粒的电芬顿阴极材料。