[发明专利]一种高催化活性电极及其光电催化降解活性红195的方法

说明书

本发明公开了一种高催化活性电极及其光电催化降解活性红195的方法，属于光电催化技术领域。电极制备为：采用阳极氧化的方法制备Ti/TiO₂NT，经先还原，再在氮气气氛下煅烧后，制备出黑色Ti/TiO₂NT(Ti/Black‑TiO₂NT)，再采用脉冲电流沉积的方法将Ni沉积到Ti/Black‑TiO₂NT上，得到Ti/Black‑TiO₂NT/Ni，随后通过微波合成在Ti/Black‑TiO₂NT/Ni上负载MOF材料ZIF‑9颗粒，得到Ti/Black‑TiO₂NT/Ni/ZIF‑9电极。采用该电极降解活性红195的方法为将该电极作为阳极，铜电极作为阴极，采用恒流恒压电源，光源采用500W氙灯，温度25℃，电流密度50mA/m²，降解液为：10mg/L活性红195，本发明制备的Ti/Black‑TiO₂NT/Ni/ZIF‑9电极，电极稳定性好，用于降解染料活性红195过程中，催化效率高。

技术领域

本发明属于光电催化技术领域，更具体地说，涉及一种高催化活性电极及其光电催化降解活性红195的方法。

背景技术

染色是纺织工业中最主要的环境污染源。这些过程需要大量的水，因此会产生大量的废水。据估算，在染色过程中有10–15％的染料损失，并作为废液排放，对环境造成严重污染。活性红195就是其中一种有机染色剂，广泛用于棉布染色及印花。染料废水是工业中常见的有机废水，其BOD、COD高、色度高、化学结构复杂、部分染料有生物毒性。常规的生化法难以将其彻底去除。利用光、电催化氧化等高级氧化技术(AOP)处理是目前水处理染料废水技术的研究热点之一。光电催化氧化技术具有操作简便、降解效率高与环境兼容性好等优点。光电极材料和催化材料是光电化学方法中的重要决定因素，它将直接影响光电化学方法的效率和能耗。故寻找和研发催化活性高、使用寿命长的阳极材料至关重要。

TiO₂是使用最广泛的光电催化材料之一，因为它具有优异的氧化分解有机污染物的能力，同时具有耐腐蚀性，无毒而且成本低，许多研究都集中在合成具有各种结构的TiO₂(例如纳米管阵列，纳米棒，纳米线)，其中，高度有序的TiO₂纳米管阵列垂直竖立在Ti基板上，具有促进光催化效率的理想形式，与其他TiO₂结构相比，纳米管结构具有光滑的表面并且具有一维几何形状，可以实现有效的电荷转移，这种改进的结构提供了一种更短的载流子扩散路径，就是沿管壁扩散，从而最大限度地减少了由于纳米颗粒之间的电子跳跃引起的电荷损失，与独立存在纳米管相比，由Ti基底形成的纳米管还可以用作电极，当施加小的电位时，纳米管电极可以达到高光电催化效率。研究最多的TiO₂纳米管是锐钛矿和金红石结构^[6]，与金红石形式相比，锐钛矿结构具有更高的光催化活性。

但是TiO₂的禁带宽度为3.2eV，限制了TiO₂纳米管得到更广泛应用。由于其大的带隙宽度，TiO₂纳米管需要UV光照射以进行光催化，而紫外线与可见光(52％)和红外光(43％)相比只占太阳光谱的一小部分(5％)，此外，光生电子-空穴对的快速复合也是影响TiO₂纳米管光催化效率的一个因素，因此必须解决这两个缺点以提高TiO₂纳米管的光催化活性。

近年来，金属-有机框架材料(MOF)吸引了许多学者的注意，类沸石咪唑酯骨架材料(Zeolitic ImidazolateFrameworks ZIFs)是一种新型金属-有机骨架配位聚合物，其具有沸石拓扑结构，它结合了沸石和金属有机骨架材料两种材料的优点，比表面积大，稳定性高。Co-ZIF-9就是以Co作为金属节点，以苯并咪唑作为有机配体在有机溶剂DMF中通过溶剂热的方法合成的一种类沸石结构新型材料。TiO₂与金属-有机框架材料(MOF)一起结合，可以增加比表面积，提供更多的活性位点，从而提高光电催化活性。

发明内容