The present invention provides the preparation and application of nano copper cathode array is a reductive degradation of organic pollutant and preparation, low in cathode potentiostatic conditions by one-step electrodeposition, the load in the three-dimensional array on the surface of nano copper copper foam substrate material, nano copper matrix obtained by column distribution, arranged closely and not easy to fall off, the copper nano size less than the length of 500nm, width less than 100nm, the thickness is less than 10nm; the application of nano copper cathode arrays prepared in organic polluted water treatment, instead of expensive noble metal palladium, degradation of organic pollutants in improving efficiency and greatly reduce the production cost of the electrode of the invention has simple process;, cheap raw materials, provides the possibility for larger scale production.
【技术实现步骤摘要】
一种还原降解有机污染物的纳米铜阵列阴极及其制备与应用
本专利技术涉及电化学与纳米技术在水处理领域的应用,特别涉及一种还原降解有机污染物的纳米铜阵列阴极及其制备与应用。
技术介绍
有机污染物在世界各国水污染调查中被频繁检出,尤其卤代有机物、硝基芳香烃类等污染物检出率高,严重威胁居民饮水安全。目前针对有机污染物的修复技术主要有物理、生物、化学方法,由于化学修复方法污染物降解迅速彻底,是较为常用的技术。化学还原技术相较化学氧化而言,对污染物具有降解选择性。以氯代有机污染物为例,由于氯代有机污染物中氯原子的电负性,使其更容易被还原,常用的化学还原剂主要为零价铁、纳米零价铁及其改性材料。电化学还原相比化学还原更污染物降解选择性更强,反应速度更快。通过电解反应,氯代有机污染物在阴极发生直接或间接还原反应,生成无毒的烯烃或烷烃,同时避免了零价铁等材料的钝化,成为近年来有机污染水处理的研究热点。卤代有机污染物发生电化学还原降解的路径主要为催化加氢脱卤,在阴极水得一个电子,生成一个氢原子(公式(1)),两个氢原子可以生成氢气(公式(2)),同时两个氢原子可以与卤代有机污染物发生催化加氢脱氯反应,碳氯键断开生成氯离子的同时形成碳氢键(公式(3))。硝基芳香烃类有机污染物电化学还原降解的路径与卤代有机污染物降解路径相似,通过加氢反应,逐步生成亚硝基苯、羟基苯胺,最终产物为苯胺(公式(4)、(5)、(6))。H2O+e-→H·+OH-(1)H·+H·→H2↑(2)2H·+RCl→RH+H++Cl-(3)2H·+PhNO2→PhNO+H2O(4)2H·+PhNO→PhNHOH(5) ...
【技术保护点】
一种还原降解有机污染物的纳米铜阵列阴极,其特征在于,包括基底材料以及负载于基底材料表面的纳米铜片阵列,所述纳米铜片长小于500nm,宽小于100nm,厚小于10nm,纳米片分布均匀,结构稳定。
【技术特征摘要】
1.一种还原降解有机污染物的纳米铜阵列阴极,其特征在于,包括基底材料以及负载于基底材料表面的纳米铜片阵列,所述纳米铜片长小于500nm,宽小于100nm,厚小于10nm,纳米片分布均匀,结构稳定。2.根据权利要求1所述还原降解有机污染物的纳米铜阵列阴极,其特征在于,所述基底材料为泡沫金属,韧带宽50~100μm,孔径100~300μm,孔隙率70~90%,所述纳米铜片阵列通过恒定电势电沉积负载于基底材料表面。3.根据权利要求2所述还原降解有机污染物的纳米铜阵列阴极,其特征在于,所述泡沫金属为泡沫铜、泡沫铁、泡沫镍及铜、铁、镍泡沫合金中的一种。4.权利要求1所述的还原降解有机污染物的纳米铜阵列阴极的制备方法,其特征在于,步骤如下:(1)将基底材料用丙酮、无水乙醇中的一种超声浸泡15~30分钟,清洗后再用质量浓度1%的盐酸、硫酸溶液中的一种超声浸泡15~30分钟,进行表面清洁预处理,最后用超纯水清洗后干燥备用;(2)以铜的可溶盐溶液为基础电解液,加入无机酸、缓冲盐调控溶液pH,通过添加剂控制铜在电极表面的沉积形貌,配制电沉积电解液;(3)以惰性材料或铜材料为阳极,基底材料为阴极,Ag/AgCl/饱和KCl电极为参比电极,在三电极体系下,控制阴极恒电势进行电沉积,沉积结束后用超纯水清洗干净,干燥。5.根据权利要求4所述还原降解有机污染物的纳米铜阵列阴极的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中铜的可溶盐为硫酸铜、氯化铜、硝酸铜中的一种;所述的无机酸为硼酸,缓冲盐为磷酸二氢钠、磷酸氢...
【专利技术属性】
技术研发人员:张芳,刘波,陈文锶,李广贺,陆奇,张旭,侯德义,
申请(专利权)人:清华大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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