[发明专利]基于碳毡负载钴颗粒的电芬顿阴极材料的制备方法及其在污水处理中的应用

说明书

本发明公开了一种基于碳毡负载钴纳米颗粒的电芬顿阴极材料的制备方法及其在污水处理中的应用，按规格裁剪碳毡材料并进行去离子水和乙醇浸泡预处理；使用氢氧化钾溶液浸泡预处理后的碳毡材料；再将碳毡材料置于管式炉中，在氮气氛围中烧制；将碳毡材料清洗，干燥备用；使用硝酸钴与聚乙烯吡咯烷酮的甲醇溶液浸泡碳毡材料；再加入二甲基咪唑的甲醇溶液至原浸泡液中，继续浸泡碳毡材料；经过上述浸泡反应在碳毡表面沉积一层钴‑二甲基咪唑金属有机框架化合物；反应后将负载钴‑二甲基咪唑的碳毡阴极材料干燥并置于管式炉中，在氮气氛围中烧制，最终制得碳毡负载钴纳米颗粒的电芬顿阴极材料。本发明绿色高效且电极材料能反复多次利用。

技术领域

本发明属于电芬顿阴极材料的合成及电芬顿污水处理技术领域，具体涉及一种基于碳毡负载钴纳米颗粒的电芬顿阴极材料的制备方法及其在污水处理中的应用。

背景技术

随着工业水平的不断发展，我国主要江河湖泊不同程度地受到污染，我国水污染主要以有机物污染为主，在过去的几十年里，合成染料的环境影响是一个值得关注的问题。纺织、皮革、造纸、塑料及制药和食品等行业每年都会产生大量被染料污染的废水。在所有合成染料中，偶氮染料构成了工业应用中最大和最重要的一类染料。即使在非常低的浓度下，染料的存在便会使出水高度着色，而且由于其毒性或致突变性和致癌特性，会引起生态和环境问题。因此，被偶氮染料污染的废水的降解引起了全世界的兴趣。在各种处理方法中，高级氧化过程(AOP)被认为是降解偶氮染料的最有效方法之一，它涉及产生强大的氧化物质，如羟基自由基(·OH)，它们会攻击染料分子，从而使污染物有效降解。此方法绿色高效且成本较低，可以广泛运用于污水处理及土壤处理方面。

当AOP与电化学结合时，这些过程称为电化学高级氧化过程(EAOP)。这些技术基于羟基自由基的电生成，与其它AOP相比的主要优点是使用清洁试剂，即电子。据研究在降解持久性有机污染物方面，高级氧化工艺(AOPs)的应用已成为一种极好的替代方案。EAOP可以有效地应用于污染物溶液，化学需氧量在0.1-100g/L范围内。Electro-Fenton(EF)与加入过氧化氢的典型Fenton工艺不同，在EF工艺中，过氧化氢通过阴极氧还原而原位电生成过氧化氢。然后通过Fenton反应产生羟基自由基，其中H₂O₂分解由Fe²⁺离子或其它金属离子催化。该方法已成功应用于矿化持久性有机污染物。目前，传统的电芬顿技术需要在溶液中加入铁离子，容易产生絮凝和电极表面污染。此外，传统的电芬顿技术还面临着氧化效率低下，电极不易重复使用等缺点。因此，开发新型非均相催化型电极显得尤为必要。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种基于碳毡负载钴颗粒的电芬顿阴极材料的制备方法，该方法制得的活性电极材料作为工作电极，在pH适宜的条件下，通入空气，使氧气在活性电极材料表面还原生成过氧化氢，该过氧化氢进一步催化产生大量羟基自由基，进而氧化降解污水中的有机污染物。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，基于碳毡负载钴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：按规格裁剪碳毡材料并进行去离子水和乙醇浸泡预处理，干燥备用；

步骤S2：使用氢氧化钾溶液浸泡步骤S1预处理后的碳毡材料，干燥备用；

步骤S3：将步骤S2氢氧化钾溶液浸泡处理过的碳毡材料置于管式炉中，在氮气氛围中以5℃/min的升温速率升温至600～900℃烧制2小时；

步骤S4：将步骤S3烧制完成后的碳毡材料清洗，干燥备用；

步骤S5：使用硝酸钴与聚乙烯吡咯烷酮的甲醇溶液浸泡步骤S4得到的碳毡材料；

步骤S6：再加入二甲基咪唑的甲醇溶液至步骤S5的原浸泡液中，继续浸泡碳毡材料；