[发明专利]一种镍基破络催化复合粒子电极及其制备方法

说明书

本发明涉及污废水处理领域，具体地，本发明涉及一种镍基破络催化复合粒子电极及其制备方法。本发明的镍基破络催化复合粒子电极由活性炭粉末、氧化石墨烯粉末和金属镍组成，且活性炭:氧化石墨烯:金属镍的质量比为93:5:2～58:35:7。本发明制备的破络催化复合粒子电极，制备方法简单、能耗低、镍负载量高、催化活性高，能实现废水中的络合重金属的高效破络。

技术领域

本发明涉及污废水处理领域，具体地，本发明涉及一种镍基破络催化复合粒子电极及其制备方法。

背景技术

络合态重金属是指废水中游离的重金属离子与络合剂结合形成的络合物，常见的络合剂有乙二胺四乙酸二钠(EDTA)、柠檬酸、酒石酸、氨、氰化物等，主要来自金属冶炼、造纸、印染、印刷电路板、电镀化学等行业。络合态重金属具有很高的水溶性，在较大pH范围内能稳定存在，且具有生物难降解性，易在生物体内累积而造成慢性中毒，甚至引起癌症。与游离态的重金属离子相比，络合态的重金属的去除难度更大，因此需破坏络合分子的稳定结构使金属离子游离化，再采用其它方法去除游离的金属离子，才能使废水达标排放。

高级氧化技术是运用氧化剂、光照、电、催化剂在反应中产生活性极强的HO·(氧化还原电位为2.8V)，使难降解有机污染物发生开环、加成、取代、断键、电子转移等反应，从而将大分子难降解有机物转变成易降解的小分子物质，甚至直接转化成CO₂和H₂O，以达到无害化处理的目的。近年来，高级氧化技术诸如芬顿氧化、光催化氧化、电化学氧化、以及多种技术耦合联用也运用在了重金属络合物处理方面。粒子电极电催化氧化法作为高级氧化技术的一种，是在传统二维电解槽阴阳极板间添加粒状或碎屑状电极材料以构成粒子电极的方法。在通电的情况下使装填的粒子电极材料表面带电成为系统中新的一极，粒子电极的填充大大缩短了传质距离，提高了传质速率，增强了电催化体系的电流效率。

粒子电极系统的核心是粒子电极，粒子电极的选择是否合理，直接影响到粒子电极对废水中络合重金属破络的效果。如果粒子电极导电性较差，将使电子传导速率降低，使反应性能下降，而且导电性较差还增大了反应系统的电压，带来许多不必要的副反应，而导电性过高，又易导致粒子间的阴阳极短接，浪费电能，降低效果。活性炭因其比表面积大，吸附性能好、化学稳定性高而成为应用最为广泛的一种粒子电极，活性炭虽具有一定的导电性，但并不优良，作为粒子电极填充后，导致系统中电压上升明显。石墨烯是碳的一种同素异形体，由一层致密的sp²杂化碳原子组成。作为一种二维碳材料，石墨烯具有巨大的比表面积(理论值为2630m²/g)，以及高热稳定性和化学稳定性，而且更为突出的是石墨烯具有独特的导电性和电子传输性能，电子在石墨烯中传输的阻力很小，迁移率高达2×10⁵cm²/(V·s)，是室温下导电性最强的材料。

因此，制备一种具有高效破络性能的催化粒子电极材料是粒子电极电催化氧化法处理络合重金属废水的关键。本发明采用浸渍焙烧法，通过向活性炭中掺杂氧化石墨烯为载体，负载过渡金属元素镍，经造粒、焙烧制备出镍基活性炭氧化石墨烯复合粒子电极。该电极制备方法简单、能耗低、镍负载量高、催化活性高，能实现废水中的络合重金属的高效破络。

发明内容

本发明的目的是提供一种镍基破络催化复合粒子电极及其制备方法，使其具有催化活性高，破络效率高等的特点。

本发明提供一种镍基破络催化复合粒子电极，其特征在于，该电极由活性炭、氧化石墨烯和金属镍组成，且活性炭:氧化石墨烯:金属镍的质量比为93:5:2～58:35:7，并由以下步骤制备得到：

(1)使用去离子水对活性炭粉末进行清洗，烘干备用；

(2)将氧化石墨烯粉末加入到步骤(1)的活性炭粉末中，充分混匀；

(3)将金属镍盐溶于去离子水，搅拌均匀后制得含镍溶液；