[发明专利]一种Co/Ni-Keggin型杂多酸-碳纳米纤维电极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种Co/Ni‑Keggin型杂多酸‑碳纳米纤维电极及其制备方法和应用，该电极包括Co/Ni‑Keggin型杂多酸和多孔碳纤维，Co/Ni‑Keggin型杂多酸镶嵌在多孔碳纤维中形成Co/Ni‑Keggin型杂多酸‑碳纳米纤维复合材料，再将Co/Ni‑Keggin型杂多酸‑碳纳米纤维复合材料制成光电活性膜电极。其制备方法先制备Co/Ni‑Keggin型杂多酸，再通过静电纺丝制备Co/Ni‑Keggin型杂多酸‑碳纳米纤维复合材料，最后将Co/Ni‑Keggin型杂多酸‑碳纳米纤维制成光电活性膜电极。本发明利用静电纺获得的电极材料呈现多孔碳纤维结构，孔隙率高，比表面积大，膜通量大，具有高效降解有机污染物特性。

技术领域

本发明属于工业废水处理电极材料领域，具体涉及一种Co/Ni-Keggin型杂多酸-碳纳米纤维电极及其制备方法和应用。

背景技术

随着经济发展，难降解工业废水排放量激增，由此引起的水质污染已成为我国乃至全球环境污染的一个重要问题。工业有机废水具有较高的亲水性和生物蓄积性，对人类的健康有着极大的危害，因此工业有机废水治理刻不容缓。工业有机废水的处理工艺包括生物方法、物理方法和化学方法。有机废水对微生物有着一定的毒性，使得它们不能有效地降解如矿化水中的有机污染物。物理方法去除水中的有机物主要利用多孔物质对水中有机物的吸附，该方法有效工作面积小，且不能降解有机污染物，易形成二次污染物。因此利用电催化(EC)和光电催化(PEC)的化学方法对有机废水进行催化降解具有广阔的应用前景。

目前对于难降解工业废水的处理主要依赖于催化氧化降解，其中光电催化 (PEC)具有独特的优势。PEC是一种源自光催化和电催化过程的组合技术，其基础是在外部电场的辅助下，通过光照射同时激发半导体。目前，PEC应用的主要问题是电极成本较高，这主要是由于目前用于废水处理的电极多依赖于贵金属。而贵金属的价格昂贵、比表面积小，不利于产业化应用，因此寻找廉价的、传输性能优异的电极材料是PEC技术发展的关键问题。

非贵金属杂多酸盐结构相对稳定，有能够快速可逆的转移电子的能力，成为 PEC催化剂的重要研究方向之一。钴基均相催化剂表现出了极佳的废水净化能力， Co-POM最近已被用作光阳极上的助催化剂或用于增强复合系统的性能。但目前尚未报道高效地将Co-POM与碳纳米纤维均匀复合及其在光电催化降解有机废水方面的应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种Co/Ni-Keggin型杂多酸-碳纳米纤维电极及其制备方法和应用，Co/Ni-Keggin型杂多酸镶嵌在多孔碳纤维中，提高了其导电性能，增强了Co/Ni-Keggin型杂多酸活性的同时还增加了复合电极的比表面积、孔隙率，有效地实现高效降解工业废水污染物的特性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种Co/Ni-Keggin型杂多酸-碳纳米纤维电极，包括Co/Ni-Keggin型杂多酸和多孔碳纤维，所述Co/Ni-Keggin型杂多酸镶嵌在所述多孔碳纤维中形成 Co/Ni-Keggin型杂多酸-碳纳米纤维复合材料，再将所述Co/Ni-Keggin型杂多酸- 碳纳米纤维复合材料制成光电活性膜电极，其中，所述Co/Ni-Keggin型杂多酸的主要成分为K₅Na[(A-α-SiW₉O₃₄)Co_nNi_(4-n)(OH)₃(CH₃COO)₃]·15H₂O，n为1～4 范围内的数。

一种Co/Ni-Keggin型杂多酸-碳纳米纤维电极的制备方法，包括以下步骤：