[发明专利]一种负载高{001}晶面二氧化钛粒子电极的制备方法

说明书

一种负载高{001}晶面二氧化钛粒子电极的制备方法，所述粒子电极由颗粒活性炭和负载在颗粒活性炭上的具有高{001}晶面的二氧化钛组成，其制备方法，包括以下步骤：活性炭前处理、粉末活性炭与四氟化钛混合物的水热反应、高温热处理以及颗粒活性炭的挤压成型等步骤，采用四氟化钛作为钛源，利用氟与钛之间较高的结合能，在氟环境下使二氧化钛能够稳定地生长高表面能的{001}晶面，使制得的粒子电极在其应用的三维电解体系中，能够显著提高电催化氧化活性，促进难生化有机污染物的降解，且能降低处理时间，延长使用寿命；填充到上流式三维电极反应器的固定床中进行电解酸性橙7的电解氧化实验，电解5min后酸性橙7的去除率达可到91.2％。

技术领域

本发明属于粒子电极制备领域，具体涉及一种负载高{001}晶面二氧化钛粒子电极的制备方法。

背景技术

我国的工业发展迅猛，极大的带动了国民经济发展和物质文明的提高，但与此同时，工业生产的废水直接排放或未达标排放不仅造成了严重的环境污染，甚至危害到了人民的身体健康。根据中国生态环境部的统计数据，2018年我国工业废水的排放量仍然高达175亿吨，其中包括造纸、印染、制药与化工等多个行业。工业废水具有水量大，成分复杂，含有着色剂、染料、有机原料和助剂等多种难生化降解有机污染物的特点。

目前，用于处理工业废水中的有机污染物的方法主要是絮凝、膜分离、光催化、激光催化、高级氧化技术和电化学催化氧化技术，其中电化学催化氧化技术具有处理效果好、工艺流程简单、占地面积小而得到广泛应用。三维电极法是在二维电解槽的基础上填充颗粒状的电极材料，即第三电极，相比于二维电极法，三维电极法具有减少传质阻力、提高电流效率和时空收率、降低能耗等优势。颗粒电极在电场中被极化，使得颗粒的两个不同表面上富集电荷相反的粒子，从而形成一个微电解池，进而提高电解槽中直接氧化有机物的效率；其次，颗粒电极具有较大的比表面积能够对有机污染物进行有效的物理吸附和电吸附；通过对颗粒电极进行催化剂负载，利用催化剂催化水或者氧气产生羟基自由基，提高体系中羟基自由基的浓度，增强对有机污染物的间接催化效果。

锐钛矿型的TiO₂晶体在光催化水分解、光催化降解有机污染方面具有重要的应用价值，但在电催化氧化有机污染物的应用研究却很少，主要原因是现有技术制备的TiO₂晶体表面通常是由热力学稳定的{101}面构成(94％)，只含有少量的{001}晶面，导致导电性能差，电催化活性低。因此，如何准确可控的制备 TiO₂晶体特定晶面，开发高性能颗粒电极对工业废水的处理具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种负载高{001}晶面二氧化钛粒子电极的制备方法。

本发明采用如下技术方案：

一种负载高{001}晶面二氧化钛粒子电极的制备方法，所述粒子电极由颗粒活性炭和负载在颗粒活性炭上的具有高{001}晶面的二氧化钛组成，其制备方法，包括以下步骤：

步骤一，活性炭前处理：将粉末活性炭与稀盐酸溶液在100℃下煮沸2h，冷却过滤后，用去离子水洗涤至滤液pH呈中性，然后在110℃下真空干燥24h；

步骤二，水热反应：取四氟化钛溶于去离子水中，加入盐酸溶液、氯化钠固体颗粒，搅拌均匀，再加入步骤一处理得到的粉末活性炭，混合搅拌均匀后倒入带聚四氟乙烯的反应釜中，在200℃下处理2-6h，其中，四氟化钛、盐酸溶液、氯化钠的摩尔数比为3-5:1:80，四氟化钛与粉末活性炭的质量比为 1-2:30；

步骤三，高温热处理：将步骤二反应得到的混合液过滤，用去离子水洗涤 5-6次，在110℃下真空干燥20h后，在450℃下热处理2h，得到改性活性炭；

步骤四，将步骤三得到的改性活性炭与煤焦油混合搅拌均匀后，挤压成型，并置于110℃下烘干，然后在400℃下炭化2h，得到所述负载高{001}晶面二氧化钛的粒子电极。