一種用于高效快速降解難生物降解有機(jī)物的電極及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種用于高效快速降解難生物降解有機(jī)物的電極，包括一個(gè)石墨粉?活性炭電極，在石墨粉?活性炭電極上負(fù)載有Pt?Bi雙金屬，石墨粉?活性炭電極由石墨粉、粘結(jié)劑和活性炭組成。還提供了上述電極的制備方法，包括一個(gè)制備石墨粉?活性炭復(fù)合電極的步驟；將干燥好的石墨粉?活性炭電極作為工作電極，鉑電極作為輔助電極，以Ag/AgCl作為參比電極，進(jìn)行電沉積，將電沉積好的電極放置在烘箱干燥后得到Pt?Bi/C電極。本發(fā)明專利技術(shù)采用了Pt?Bi二元金屬納米粒子負(fù)載活性炭電極，利用了活性炭較好的吸附性，對(duì)難生物降解的廢水進(jìn)行處理，使高降解率和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)能同步實(shí)現(xiàn)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于材料學(xué)領(lǐng)域，涉及一種電極，具體來說是一種用于高效快速降解難生物降解有機(jī)物的電極及其制備方法。
技術(shù)介紹
對(duì)于污染物主要為難降解有機(jī)物的廢水，目前常用的處理方法有微生物法、物理方法、化學(xué)方法，相對(duì)應(yīng)的處理工藝包括流化床生物接觸工藝，生物膜吸附接觸工藝，生物濾池接觸工藝，物理吸附降解工藝，活性炭復(fù)合材料吸附降解工藝，光催化氧化降解工藝，氧化劑接觸降解工藝，電化學(xué)降解工藝等。在微生物法、物理方法和化學(xué)方法中，化學(xué)法的降解效率高于其它方法，而化學(xué)法中以電化學(xué)法最為有效。電化學(xué)方法處理效率較高，一般效率都能達(dá)到90％以上，這也是電化學(xué)方法比較受人們青睞的主要原因之一。電化學(xué)處理方法要想達(dá)到預(yù)期的效果，除了操作條件和設(shè)備之外，最重要的因素還是電極材料的選擇。電極需要具有要可循環(huán)性能好、可再生性能好、吸附性強(qiáng)、耐沖擊負(fù)荷性能高等優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)電化學(xué)方法耗電量大，不具有經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，一個(gè)可能的解決辦法就是施加方波電壓。此外，傳統(tǒng)電化學(xué)方法施加的恒定電極電位會(huì)使一些形成的中間體沉積在電極上，減緩反應(yīng)速率。而方波電勢(shì)能使電極和各種反應(yīng)物質(zhì)在整個(gè)電勢(shì)范圍上連續(xù)相互作用，使中間體進(jìn)一步氧化或還原。李書紅等人（Shu-HongLi,YueZhao,JianChu,etal.ElectrochemicaldegradationofmethylorangeonPt–Bi/Cnanostructuredelectrodebyasquare-wavepotentialmethod[J].ElectrochimicaActa,2013,92:93-101.）利用Pt-Bi/C雙金屬電極對(duì)降解廢水中的甲基橙進(jìn)行了降解試驗(yàn)。Pt納米粒子具有高效穩(wěn)定的催化活性，Bi納米粒子具有獨(dú)特的半金屬半導(dǎo)體性質(zhì)和阻抗效應(yīng)，二者組合比單獨(dú)的催化劑具有大大增強(qiáng)的催化活性。施加方波電壓，設(shè)置上電位和下電位分別為1.5V和-1.5V，電解180分鐘，廢水中甲基橙的降解率高達(dá)95.6%。此實(shí)驗(yàn)中電極使用的碳紙成本較高，約0.6元/cm2,每片電極（長(zhǎng)×寬×厚=40×20×1mm）的碳紙成本約4.8元，電沉積所需的氯鉑酸和硝酸鉍以及電沉積液的成本約8.23元，所以每片電極（長(zhǎng)×寬×厚=40×20×1mm）所需材料的成本約13.03元，不具有經(jīng)濟(jì)效益。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供了一種用于高效快速降解難生物降解有機(jī)物的電極及其制備方法，所述的這種用于高效快速降解難生物降解有機(jī)物的電極及其制備方法要解決現(xiàn)有技術(shù)中的Pt-Bi/C雙金屬電極成本高的技術(shù)問題。本專利技術(shù)提供了一種用于高效快速降解難生物降解有機(jī)物的電極，包括一個(gè)石墨粉-活性炭電極，在所述的石墨粉-活性炭電極上負(fù)載有Pt-Bi雙金屬，所述的石墨粉-活性炭電極由石墨粉、粘結(jié)劑和活性炭組成，所述的石墨粉、粘結(jié)劑和活性炭的質(zhì)量比為1:1:8。具體的，所述的粘結(jié)劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％的聚四氟乙烯。本專利技術(shù)還提供了上述一種用于高效快速降解難生物降解有機(jī)物的電極的制備方法，包括如下步驟：1)一個(gè)制備石墨粉-活性炭復(fù)合電極的步驟，稱取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％的聚四氟乙烯、石墨粉和活性炭，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％的聚四氟乙烯、石墨粉和活性炭的質(zhì)量比為1:1:8，先用去離子水稀釋聚四氟乙烯溶液，然后將石墨粉加入到聚四氟乙烯溶液中，攪拌均勻，再將活性炭加入，攪拌直至完全混合均勻，將得到的糊狀固體物在碳紙上壓制成規(guī)整且表面光滑的片狀，然后放置于烘箱中，40℃恒溫條件下干燥2d以上，得到石墨粉-活性炭電極；2)一個(gè)采用電化學(xué)沉積法制備Pt-Bi/C電極的步驟，將干燥好的石墨粉-活性炭電極作為工作電極，鉑電極作為輔助電極，以Ag/AgCl作為參比電極，在-0.8V恒定電位下電沉積240s，電化學(xué)沉積過程中的沉積液含0.5g/L的H2PtCl6，0.5mmol/L的Bi(NO)3，2g/L的檸檬酸和1％的HNO3，沉積液中的溶劑為水，將電沉積好的電極放置在烘箱中，40℃恒溫干燥2d以上，即可得到Pt-Bi/C電極。進(jìn)一步的，用去離子水稀釋聚四氟乙烯溶液的過程中，去離子水和聚四氟乙烯溶液的質(zhì)量比為7:3。本專利技術(shù)采用Pt-Bi二元金屬納米粒子負(fù)載活性炭電極，在雙金屬碳紙電極的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，利用了活性炭較好的吸附性，對(duì)難生物降解的廢水進(jìn)行處理，使高降解率和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)能同步實(shí)現(xiàn)。對(duì)比Pt-Bi碳紙電極，此新型電極具有相當(dāng)?shù)慕到饴省Ｍ瑫r(shí)，每片碳紙（長(zhǎng)×寬×厚=40×20×1mm）負(fù)載Pt-Bi電極成本為13.03元，每片石墨粉-活性炭（長(zhǎng)×寬×厚=40×20×1mm）負(fù)載Pt-Bi電極的成本為8.53元，成本較Pt-Bi碳紙電極降低34.54%。本專利技術(shù)和已有技術(shù)相比，其技術(shù)進(jìn)步是顯著的。本專利技術(shù)采用石墨粉-活性炭，添加的活性炭具有吸附效應(yīng)，石墨粉具有導(dǎo)電性，且活性炭成本約0.036元/g，石墨粉成本約0.016元/g，粘結(jié)劑聚四氟乙烯成本約7元/g，電沉積所需的氯鉑酸和硝酸鉍以及電沉積液的成本約8.23元，則每片電極（長(zhǎng)×寬×厚=40×20×1mm）所需的材料成本約8.53元，相比于Pt-Bi碳紙電極的成本要低的多，本專利技術(shù)不僅能確保高降解率，而且還具有經(jīng)濟(jì)效益。具體實(shí)施方式實(shí)施例1一種用于高效快速降解難生物降解有機(jī)物的電極的制備方法，包括如下步驟：（1）石墨粉-活性炭復(fù)合電極的制備按1:1:8的比例稱取0.2g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％的聚四氟乙烯、0.2g石墨粉和1.6g活性炭，先用5mL去離子水稀釋聚四氟乙烯溶液，然后將石墨粉加入到燒杯中，攪拌均勻，再將活性炭加入到燒杯中，攪拌直至完全混合均勻。將得到的糊狀固體物在2cm×4cm的碳紙上壓制成規(guī)整且表面光滑的片狀，放置在烘箱中，40℃恒溫條件下干燥2d以上，即可得到石墨粉-活性炭電極。（2）電化學(xué)沉積法制備Pt-Bi/C電極將干燥好的石墨粉-活性炭電極作為工作電極，鉑電極作為輔助電極，Ag/AgCl（飽和）作為參比電極，再將50mL含0.5g/L的H2PtCl6，0.5mmol/L的Bi(NO)3，2g/L的檸檬酸和1％HNO3的溶液作為沉積液，在-0.8V恒定電位下電沉積240s。將電沉積好的電極放置在烘箱中，40℃恒溫干燥2d，即可得到Pt-Bi/C電極。實(shí)施例2利用本專利技術(shù)方法快速降解廢水中甲基橙的實(shí)例。量取150mL濃度為20mg/L的甲基橙溶液倒入燒杯中，控制溶液中的初始溶解氧濃度為7.8mg/L，磁力攪拌轉(zhuǎn)速為150r/min，以Pt-Bi/C電極為工作電極，以鈦網(wǎng)為輔助電極，以Ag/AgCl（飽和）為參比電極，施加方波電位降解。指定方波電位的上電位（Eu）和下電位（El）分別為1.5V和-1.5V，交替周期（T）為1min，施加于Pt-Bi/C電極，電解180min。每隔30min用分光光度計(jì)測(cè)量一次甲基橙濃度。計(jì)算得出甲基橙降解速率為95.81%，同等條件下Pt-Bi碳紙電極對(duì)甲基橙的降解速率95.60%。所以，Pt-Bi負(fù)載石墨粉-活性炭電極對(duì)甲基橙的降解速率與Pt-Bi碳紙電極相當(dāng)，Pt-Bi負(fù)載石墨粉-活性炭電極成本僅為8.53元，較Pt-Bi碳紙電極降低34.54%。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于高效快速降解難生物降解有機(jī)物的電極，其特征在于：包括一個(gè)石墨粉?活性炭電極，在所述的石墨粉?活性炭電極上負(fù)載有Pt?Bi雙金屬，所述的石墨粉?活性炭電極由石墨粉、粘結(jié)劑和活性炭組成，所述的石墨粉、粘結(jié)劑和活性炭的質(zhì)量比為1:1:8。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于高效快速降解難生物降解有機(jī)物的電極，其特征在于：包括一個(gè)石墨粉-活性炭電極，在所述的石墨粉-活性炭電極上負(fù)載有Pt-Bi雙金屬，所述的石墨粉-活性炭電極由石墨粉、粘結(jié)劑和活性炭組成，所述的石墨粉、粘結(jié)劑和活性炭的質(zhì)量比為1:1:8。2.權(quán)利要求1所述的一種用于高效快速降解難生物降解有機(jī)物的電極的制備方法，其特征在于包括如下步驟：1）一個(gè)制備石墨粉-活性炭復(fù)合電極的步驟，稱取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％的聚四氟乙烯、石墨粉和活性炭，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％的聚四氟乙烯、石墨粉和活性炭的質(zhì)量比為1:1:8，先用去離子水稀釋聚四氟乙烯溶液，然后將石墨粉加入到聚四氟乙烯溶液中，攪拌均勻，再將...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王羅春，熊金磊，方田，李琳，馬倩倩，凌磊，史亮，陳振旺，田新梅，王軍建，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：上海電力學(xué)院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：上海;31