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去除水中氨氮和有机物的复合电极及其制备方法技术

技术编号:15495670 阅读:119 留言:0更新日期:2017-06-03 15:39
本发明专利技术公开了一种去除水中氨氮和有机物的复合电极及其制备方法,电极的其中一面用于去除氨氮,另一面用于去除有机物,每一面均由增加涂层和钛板结合力的中间层和去除氨氮或有机物的活性层构成,中间层采用掺杂锰盐和镍盐的锡锑溶液制备,去除氨氮的活性层采用掺杂铁盐和钴盐的锡锑溶液制备,去除有机物的活性层采用掺杂铜盐和铈盐的锡锑溶液制备。本实施例采用的涂覆在钛板上的溶液用烘枪烘干,重复烘干数次后,再用烘枪高温煅烧电极。本发明专利技术工艺简单、制备速度快、节省能耗,所制备的电极能同时去除水中的氨氮和有机物,并且具有去除率高,能耗低等优点。

Composite electrode for removing ammonia nitrogen and organic substance in water and preparation method thereof

The invention discloses a method for removal of ammonia nitrogen and organic composite electrode and a preparation method thereof, wherein the electrode side for removal of ammonia, the other side for the removal of organic matter, the middle layer on each side by increasing the binding force of the coating and the titanium plate and active layer to remove ammonia or organic form, the intermediate layer doped manganese salt and nickel salt tin antimony solution preparation, active layer ammonia removal was doped with iron and cobalt salt, tin antimony solution preparation, active layer of organic matter removal by tin antimony solution preparation of doped cerium salt and copper salt. In the embodiment, the solution coated on the titanium plate is dried by a drying gun, repeated drying for several times, and then the high-temperature calcination electrode is used for drying the gun. The preparation method has the advantages of simple process, fast preparation and energy saving, and the prepared electrode can simultaneously remove ammonia nitrogen and organic matters in water, and has the advantages of high removal rate and low energy consumption.

【技术实现步骤摘要】
去除水中氨氮和有机物的复合电极及其制备方法
本专利技术涉及一种电极及其制备方法,特别是涉及一种复合电极及其制备方法,应用于水处理装置

技术介绍
大量高浓度氨氮废水和有机物废水被排放到自然水体中,导致水质恶化,水体发黑发臭,进而造成居民饮水困难。因此高效处理高浓度氨氮、有机物废水是环保工作者研究的重要课题。目前处理氨氮废水的方法主要分为生物法和物化法两大类。但是生物法不适用于高浓度、难降解废水,在低温负荷下停留时间较长,处理效率低。物化法中的空气吹脱法在处理过程中需要大量的碱,会造成大气污染。离子交换法中的再生废液的处理也是比较困难的。电化学氧化法被称为“环境友好”技术,它具有能量效率高,反应温和,在常温常压下就可以进行等优点,而且无需另外添加氧化还原剂,避免二次污染。目前研究较多的均为单一涂层电极,电极选择性差,虽然可以达到同时降解有机物和氨氮的目的,但去除率低。如申请号为201210244491.5的专利和文献《电氧化同步去除废水中COD和氨氮的工业应用》(中国给水排水,2016(8):99-102.)均采用钛基二氧化铅电极作为阳极,在电解60min后,氨氮的去除率在80%左右,并不能完全去除,而有机物的去除率则更低。目前制备电极的工艺均为烘箱烘干,再进行马弗炉煅烧,这种工艺操作麻烦、效率低、能耗高。
技术实现思路
为了解决现有技术问题,本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足,提供一种去除水中氨氮和有机物的复合电极及其制备方法,本专利技术电极一面能高效去除水中的氨氮,另一面能高效去除水中的有机物,由于采用廉价金属制备,并使用烘枪进行烘干和煅烧制备能去除水中氨氮和有机物的功能集成的复合电极,本专利技术电极制备成本较低,工艺操作简单,制备效率高,能耗低。为达到上述专利技术创造目的,本专利技术采用下述技术方案:一种具有双面异质外层的复合电极,包括电极基板,在电极基板的两面分别设置中间层,在电极基板两面的中间层上再分别结合功能外层,中间层将电极基板和功能外层牢固结合在一起,功能外层包括去除氨氮的活性层和去除有机物的活性层,分别设置在电极基板两面的不同中间层上,形成两面具有不同功能外层的复合电极。上述中间层、去除氨氮的活性层和去除有机物的活性层皆优选采用Sn和Sb为主要元素成分的合金材料制成。优选采用掺杂Ni、Mn的Sn-Sb合金材料制成中间层,优选中间层材料的合金组分元素摩尔比为Sn:Sb:Ni:Mn=100:(5~10):(1~5):(1~5)。优选采用掺杂Fe、Co的Sn-Sb合金材料制成去除氨氮的活性层,优选去除氨氮的活性层材料的合金组分元素摩尔比为Sn:Sb:Fe:Co=100:(5~10):(1~5):(1~5)。优选采用掺杂Cu、Ce的Sn-Sb合金材料制成有机物的活性层,优选有机物的活性层材料的合金组分元素摩尔比为Sn:Sb:Cu:Ce=100:(5~10):(1~5):(1~5)。上述电极基板优选采用钛基板。一种去除水中氨氮和有机物的电极的制备方法,包括如下步骤:a.中间层溶液的制备:按照金属摩尔比为Sn:Sb:Ni:Mn=100:(5~10):(1~5):(1~5)的比例,分别称取一定质量的锡盐、锑盐、镍盐和锰盐,然后溶于醇溶液中,并加盐酸至盐全部溶解,制得掺杂锰盐和镍盐的锡锑溶液,作为中间层溶液备用;优选溶解各盐的醇溶液由乙醇、异丙醇和正丁醇按体积比为1:1:1配制而成;锡盐、锑盐、镍盐和锰盐分别对应优选采用四氯化锡、三氯化锑、硝酸镍和硝酸锰;b.去除氨氮的活性层溶液的制备:按照金属摩尔比为Sn:Sb:Fe:Co=100:(5~10):(1~5):(1~5)的比例,分别称取一定质量的锡盐、锑盐、铁盐和钴盐,然后溶于醇溶液中,并加盐酸至盐全部溶解,制得掺杂铁盐和钴盐的锡锑溶液,作为去除氨氮的活性层溶液备用;优选溶解各盐的醇溶液由乙醇、异丙醇和正丁醇按体积比为1:1:1配制而成;锡盐、锑盐、铁盐和钴盐分别对应优选采用四氯化锡、三氯化锑、硝酸铁和硝酸钴;c.去除有机物的活性层溶液的制备:按照金属摩尔比为Sn:Sb:Cu:Ce=100:(5~10):(1~5):(1~5)的比例,分别称取一定质量的锡盐、锑盐、铜盐和铈盐,然后溶于醇溶液中,并加盐酸至盐全部溶解,制得掺杂铜盐和铈盐的锡锑溶液,作为去除有机物的活性层溶液备用;优选溶解各盐的醇溶液由乙醇、异丙醇和正丁醇按体积比为1:1:1配制而成;锡盐、锑盐、铜盐和铈盐分别对应优选采用四氯化锡、三氯化锑、硝酸铜和硝酸铈;d.中间层的制备:采用洁净的基板,在电极基板两侧表面分别涂覆一层在步骤a中制备的掺杂锰盐和镍盐的锡锑溶液,形成中间层液膜,然后对中间层液膜进行烘干,烘干温度为80~150℃,按本步骤的以上步骤重复涂覆中间层液膜和烘干过程累计1~10次,再将固化温度调至200~400℃,对中间层液膜固化的电极器件进行5~20秒煅烧,从而在电极基板两侧表面上牢固结合中间层,形成具有中间层-电极基板-中间层复合结构的预制前一阶段复合电极器件;优选采用烘枪对电极进行烘干和煅烧,使中间层液膜进行固化;e.去除氨氮的活性层的制备:在完成步骤d中间层的制备过程之后,在步骤d中制备的预制前一阶段复合电极器件的正面中间层表面上涂覆一层在步骤b中制备的掺杂铁盐和钴盐的锡锑溶液,形成去除氨氮的活性层液膜,然后对去除氨氮的活性层液膜进行烘干,烘干温度为80~150℃,按本步骤的以上步骤重复涂覆去除氨氮的活性层液膜和烘干过程累计1~10次,再将固化温度调至500~600℃,对去除氨氮的活性层液膜固化的电极器件进行30~60秒煅烧,从而在其中一侧中间层的表面上制得去除氨氮的活性层,形成具有去除氨氮的活性层-中间层-电极基板-中间层复合结构的预制后续阶段复合电极器件;优选采用烘枪对电极进行烘干和煅烧,使去除氨氮的活性层液膜进行固化;f.去除有机物的活性层的制备:在完成步骤d中间层的制备过程之后,在步骤d中制备的预制前一阶段复合电极器件的背面中间层表面上涂覆一层在步骤c中制备的掺杂铜盐和铈盐的锡锑溶液,形成去除有机物的活性层液膜,然后对去除有机物的活性层液膜进行烘干,烘干温度为80~150℃,按本步骤的以上步骤重复涂覆去除有机物的活性层液膜和烘干过程累计1~10次,再将固化温度调至500~600℃,对去除有机物的活性层液膜固化的电极进行30~60秒煅烧,从而在其中另一侧中间层的表面上制得去除有机物的活性层,最终形成具有去除氨氮的活性层-中间层-电极基板-中间层-去除有机物的活性层复合结构的双面异质功能层的复合电极;或者形成具有去除有机物的活性层-中间层-电极基板-中间层复合结构的预制后续阶段复合电极器件,然后再经过步骤e进行去除氨氮的活性层的制备,最终形成具有去除有机物的活性层-中间层-电极基板-中间层-去除氨氮的活性层复合结构的双面异质功能层的复合电极。优选采用烘枪对电极进行烘干和煅烧,使去除有机物的活性层液膜进行固化。本专利技术与现有技术相比较,具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点:1.相比于传统单一涂层电极,本专利技术在电极基板两面分别制备去除氨氮的活性层和去除有机物的活性层,从而在电氧化过程中一块电极的两个表面起到不同的降解作用,从而达到同时高效地去除水中的氨氮和有机物的目的;本文档来自技高网...
去除水中氨氮和有机物的复合电极及其制备方法

【技术保护点】
一种具有双面异质外层的复合电极,包括电极基板(1),其特征在于:在所述电极基板(1)的两面分别设置中间层(2),在所述电极基板(1)两面的中间层(2)上再分别结合功能外层,所述中间层(2)将电极基板(1)和功能外层牢固结合在一起,所述功能外层包括去除氨氮的活性层(3)和去除有机物的活性层(4),分别设置在所述电极基板(1)两面的不同中间层(2)上,形成两面具有不同功能外层的复合电极。

【技术特征摘要】
1.一种具有双面异质外层的复合电极,包括电极基板(1),其特征在于:在所述电极基板(1)的两面分别设置中间层(2),在所述电极基板(1)两面的中间层(2)上再分别结合功能外层,所述中间层(2)将电极基板(1)和功能外层牢固结合在一起,所述功能外层包括去除氨氮的活性层(3)和去除有机物的活性层(4),分别设置在所述电极基板(1)两面的不同中间层(2)上,形成两面具有不同功能外层的复合电极。2.根据权利要求1所述具有双面异质外层的复合电极,其特征在于:所述中间层(2)、去除氨氮的活性层(3)和去除有机物的活性层(4)皆采用Sn和Sb为主要元素成分的合金材料制成。3.根据权利要求2所述具有双面异质外层的复合电极,其特征在于:采用掺杂Ni、Mn的Sn-Sb合金材料制成所述中间层(2),所述中间层(2)材料的合金组分元素摩尔比为Sn:Sb:Ni:Mn=100:(5~10):(1~5):(1~5)。4.根据权利要求2所述具有双面异质外层的复合电极,其特征在于:采用掺杂Fe、Co的Sn-Sb合金材料制成所述去除氨氮的活性层(3),所述去除氨氮的活性层(3)材料的合金组分元素摩尔比为Sn:Sb:Fe:Co=100:(5~10):(1~5):(1~5)。5.根据权利要求2所述具有双面异质外层的复合电极,其特征在于:采用掺杂Cu、Ce的Sn-Sb合金材料制成所述有机物的活性层(4),所述有机物的活性层(4)材料的合金组分元素摩尔比为Sn:Sb:Cu:Ce=100:(5~10):(1~5):(1~5)。6.根据权利要求1~5中任意一项所述具有双面异质外层的复合电极,其特征在于:所述电极基板(1)采用钛基板。7.一种去除水中氨氮和有机物的电极的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:a.中间层溶液的制备:按照金属摩尔比为Sn:Sb:Ni:Mn=100:(5~10):(1~5):(1~5)的比例,分别称取一定质量的锡盐、锑盐、镍盐和锰盐,然后溶于醇溶液中,并加盐酸至盐全部溶解,制得掺杂锰盐和镍盐的锡锑溶液,作为中间层溶液备用;b.去除氨氮的活性层溶液的制备:按照金属摩尔比为Sn:Sb:Fe:Co=100:(5~10):(1~5):(1~5)的比例,分别称取一定质量的锡盐、锑盐、铁盐和钴盐,然后溶于醇溶液中,并加盐酸至盐全部溶解,制得掺杂铁盐和钴盐的锡锑溶液,作为去除氨氮的活性层溶液备用;c.去除有机物的活性层溶液的制备:按照金属摩尔比为Sn:Sb:Cu:Ce=100:(5~10):(1~5):(1~5)的比例,分别称取一定质量的锡盐、锑盐、铜盐和铈盐,然后溶于醇溶液中,并加盐酸至盐全部溶解,制得掺杂铜盐和铈盐的锡锑溶液,作为去除有机物的活性层溶液备用;d.中间层的制备:采用洁净的基板,在电极基板两侧表面分别涂覆一层在所述步骤a中制备的掺杂锰盐和镍盐的锡锑溶液,形成中间...

【专利技术属性】
技术研发人员:丁国际黄攀攀
申请(专利权)人:上海大学
类型:发明
国别省市:上海,31

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