[发明专利]一种用于非均相电芬顿体系的负载铜铝层状双金属氧化物改性石墨毡电极的制备及应用

说明书

一种用于非均相电芬顿体系的负载铜铝层状双金属氧化物改性石墨毡电极的制备及应用，属于电化学水处理技术领域。本发明以热处理的石墨毡为基体，通过水热法将铜铝双金属氢氧化物分散于热处理石墨毡表面，在强持续通入氮气的条件下高温煅烧，可获得以Cu₂O、CuO为主要活性组分的改性石墨毡电极。与原始石墨毡及热处理石墨毡相比，以负载铜铝双金属氧化物改性石墨毡电极作为阴极材料时，非均相电芬顿体系对磺胺甲恶唑废水的降解效率得到了较大提高，且该阴极的离子浸出率较低，稳定性较强，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于电化学水处理技术领域，涉及到一种用于非均相电芬顿体系的负载铜铝层状双金属氧化物改性石墨毡电极的制备及应用，主要用于电化学氧化降解水中的有机污染物。

背景技术

近年来，由于电化学高级氧化工艺(EAOP)能够有效去除水体中有机污染物，受到了越来越多学者的关注。芬顿法作为一种可靠、环保的水处理技术，是目前应用较为广泛的EAOP。其原理是通过产生具有强氧化性的羟基自由基(·OH)攻击有机污染物，将有机污染物氧化分解。

传统的芬顿技术在去除难降解有机废水方面显示出良好的潜能，但是存在产生铁污泥、催化剂利用率低、pH值范围窄等缺点，限制了其实际应用和推广。因此，非均相电芬顿技术应运而生。阴极材料的选择对非均相电芬顿技术的催化能力至关重要。石墨毡(GF)因具有较大的比表面积、导电性强、化学稳定性好等优点，常被用做阴极材料。

层状双金属氧化物(LDO)具有合成方法简单、离子浸出率低、热稳定性高、比表面积大等优点。此外，LDO还可以通过与电极材料偶联形成具有较高催化活性的电极，因此是非均相催化剂的理想选择。

本发明利用石墨毡比表面积大、导电性强以及化学稳定性好的优势，通过采用廉价、操作简单的热处理法对其进行批量改性，将热处理后的石墨毡与LDO偶联。此方法制备的电极为非均相电芬顿体系去除有机污染物提供了一种可行性参考，因此具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是制备一种用于非均相电芬顿体系的负载铜铝层状双金属氧化物改性石墨毡电极，该电极能够有效提高水体中有机污染物的降解效率，且电极稳定性较好，能够多次重复使用。

电极的具体制备方法如下：

(1)将石墨毡浸没在无水乙醇中，超声处理30min，以除去表面的油污及其他有机杂质；然后将石墨毡浸没在去离子水中，超声处理5min，多次进行此操作，以便清洗掉残余在石墨毡上的无水乙醇及其他无机杂质；最后将石墨毡置于烘箱中干燥，备用；

(2)将步骤(1)中得到的石墨毡置于高温气氛炉中，持续通入一定流量的氧气，以5℃/min升温至500℃，处理2h，得到热处理的石墨毡HGF；

(3)将三水合硝酸铜与九水合硝酸铝(九水合硝酸铝：三水合硝酸铜＝1：0-3(摩尔比))、尿素倒入带有100mL聚四氟乙烯内衬的高压釜中，将高压釜置于110℃烘箱中12h，待高压釜加热完冷却至室温后，打开高压釜，得到负载铜铝双金属氢氧化物的HGF，用去离子水将其反复冲洗至干净，放入80℃烘箱中干燥，备用。

(4)将步骤(3)中得到的负载铜铝双金属氢氧化物的HGF置于马弗炉中，通入一定流量的氮气作为保护气，以5℃/min升温至500℃，煅烧2h，最终得到负载铜铝双金属氧化物改性石墨毡电极。

每10cm²石墨毡对应总量为9mmol金属盐、12mmol尿素、60mL去离子水。

采用上述发明制备的负载铜铝双金属氧化物改性石墨毡电极用作非均相电芬顿体系中的阴极，去除水体中的磺胺甲恶唑。所得阴极材料进行至少8次循环使用。

所得铜铝层状双金属氧化物中铜氧化物以氧化铜、氧化亚铜晶体结构的形式存在。

与现有技术相比，本发明具有以下优异效果：