[发明专利]一种高效光电协同去除有机污染物的双面电极的制备方法

说明书

本发明公开了一种高效光电协同去除有机污染物的双面电极的制备方法，首先，通过阳极氧化和阴极还原的方法在钛基板的一面上制备了TiO₂纳米管阵列电极(TNA)；其次，通过涂覆热分解的方法在钛基板的另一面上制备了SnO₂‑Sb‑CNTs电极，进而得到了TNA/Ti/SnO₂‑Sb‑CNTs双面电极。该电极通过进一步地阴极还原提高了TNA的电导率和光电催化活性，通过碳纳米管的掺杂提高了锡锑电极的电导率和活性位点。同时，双面电极的设计既通过施加外部偏压提高了光生电子空穴对的分离和转移效率，又避免了SnO₂‑Sb‑CNTs直接沉积在TNA表面造成的孔隙堵塞，使得它们虽然在空间上分开，但又通过钛基板电连接起来以达到光电协同去除有机污染物的效果。

技术领域

本发明涉及光电催化氧化技术领域，尤其涉及一种高效光电协同去除有机污染物的双面电极的制备方法。

背景技术

目前，焦化废水、煤气化废水、印染废水、制药废水和垃圾渗滤液等难降解工业废水对环境和公众健康的危害引起了社会的广泛关注，而以电催化氧化和光催化氧化为代表的高级氧化技术作为上述工业废水深度处理工艺的研究最具潜力。

电催化氧化有机污染物的原理与电极板材料有关，析氧电位低的阳极，如Ti/RuO₂-Ir电极，在有机物降解过程中因容易发生副反应而抑制羟基自由基等活性氧基团的产生，从而降低了电流效率；析氧电位高的阳极，如BDD电极、Ti/SnO₂-Sb电极，在有机物降解上表现出了较高的催化氧化性能，增加了活性氧基团的生成速率，提高了电流效率，进而降低了能耗。然而，高析氧电位电极的大功率输入，增加了操作成本，在一定程度上会抵消一部分电流效率，可通过掺杂稀土元素、碳纳米颗粒和引入中间层等方法对电极进行改性。

光催化氧化技术因氧化能力强、成本低和对环境友好等优点被认为是一种很有前途的绿色污水处理技术。然而，由于光生电子空穴对的复合率高、量子效率低和催化剂回收困难等缺点，极大地限制了光催化氧化技术的实际应用，因此又发展出了光电催化氧化技术，通过施加很小的外部偏压不仅可以提高光生电子空穴对的分离和转移效率，而且可以达到光电协同氧化去除有机物的效果。同时，TiO₂纳米管阵列因其较好的空间结构以及独特的光电催化效应，引起了人们的广泛关注。

发明内容

综上所述，本发明的目的是拟通过将电催化剂和光催化剂耦合起来，制备出一种能够高效光电协同的双面电极，进而能够在各种电位下产生大量的活性氧基团，用于焦化废水、煤气化废水、印染废水、制药废水和垃圾渗滤液等难降解工业废水中有机污染物的氧化降解。该双面电极的基板采用钛板，电极的一面为经碳纳米管(CNTs)掺杂改性后的锡锑电极(Ti/SnO₂-Sb-CNTs)，电极的另一面为通过电化学自掺杂的方法制成的TiO₂纳米管阵列电极(TNA)。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种高效光电协同去除有机污染物的双面电极的制备方法，所述方法包括：

(1)TiO₂纳米管阵列电极(TNA)的制备：

①将用砂纸打磨和去离子水清洗后的钛板，先放在碱性溶液中浸泡一段时间，取出清洗干净后再放在酸性溶液中蚀刻一段时间，蚀刻结束清洗干净后置于无水乙醇中备用；

②将步骤①预处理好的钛板置于含有质量分数为0.25％NH₄F和2％超纯水的乙二醇电解质溶液中，以钛板为阳极、铂网为阴极，在一定直流电压作用下电氧化一段时间，然后用去离子水清洗干净后在马弗炉中进行煅烧处理；

③将步骤②经阳极氧化后的电极置于一定浓度的NaClO₄电解质溶液中，以该电极为阴极、铂网为阳极，在一定电流密度下电还原一段时间，得到TiO₂纳米管阵列电极。