一种格栅式电催化氧化催化材料及其制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种格栅式电催化氧化催化材料及其制备工艺，该一种格栅式电催化氧化催化材料，包括斜发沸石和包覆于斜发沸石的外表面的金属氧化物，斜发沸石的重量份数为100份；金属氧化物包括如下重量份数的组分：氧化铈3.5‑7.2份；三氧化二铁1.5‑3.8份；二氧化锡0.5‑1.6份。本发明专利技术具有较高的催化活性、良好的稳定性和可再生性的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种格栅式电催化氧化催化材料及其制备工艺
本专利技术涉及电催化催化剂填充料
，更具体地说，它涉及一种格栅式电催化氧化催化材料及其制备工艺。
技术介绍
废水中通常含有大量较难被降解的有机物，采用电催化氧化技术，在电场的作用下，存在于电极表面或溶液相中的修饰物能促进或抑制在电极上发生的电子转移反应，而电极表面或溶液相中的修饰物本身并不发生变化，从而将废水中的有机物降解。催化电极主要分为二维电催化电极和三维电催化电极。传统的二维电催化电极对处理有毒有害和难降解废水具有一定的效果，然而，由于①二维电解槽所适用有效的电极材料不多，且电极材料的限制使电流效率较低；②面体比小，导致传质效率低下；能耗大，处理费用高；③二维电解槽结构设计不合理，水头冲击负荷较大，造成电解效率低；④反应物含量较低，会导致传质速率较慢。因此，导致二维电催化电极的应用难以得到普遍应用。三维电催化电极是在传统二维电极之间装填充粒状或其他屑状工作电极材料，致使装填电极表面带电，在工作电极材料表面发生电化学反应。相对于二维电极材料，三维电催化电极具有以下优势：一、面积较大且能以较低的电流密度提供较大的电流强度，且粒子间的间距小，物质传质极大改善；二、单位时空产率和电流效率均极大提高，尤其对低电导率废水，具有更为明显的优势。在三维电催化电极中，填充在二维电极之间的催化剂填充料通常由载体以及包覆在载体外部的表面材料组成，表面材料通常采用过渡金属及半导体化合物。表面材料是决定电催化特性的关键，改变电极材料的性质，既可以通过变换电极材料来实现，也可以用有电催化性能的涂层对电极表面进行修饰改性而实现。因此，表面材料的种类和制备工艺对三维电催化电极的催化活性具有决定性的作用；同时，由于载体和表面材料之间的连接效果难以控制，易导致形成的三维电催化电极的催化效果不稳定，且催化的寿命不够长。综上所述，一种具有较高的催化活性、良好的稳定性和可再生性的催化剂填充料具有广阔的市场前景。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的一在于提供一种格栅式电催化氧化催化材料，具有较高的催化活性、良好的稳定性和可再生性的优点。为实现上述目的一，本专利技术提供了如下技术方案：一种格栅式电催化氧化催化材料，包括斜发沸石和包覆于斜发沸石的外表面的金属氧化物，所述斜发沸石的重量份数为100份；所述金属氧化物包括如下重量份数的组分：氧化铈3.5-7.2份；三氧化二铁1.5-3.8份；二氧化锡0.5-1.6份。通过上述技术方案，金属氧化物中所混合有的氧化铈、三氧化二铁、二氧化锡，具有重要的电催化特性和较高的催化活性。斜发沸石具有高孔隙率的优点，便于金属氧化物附着在斜发沸石的外表面，不仅可增大单位体积的有效反应面积，同时，还可提高金属氧化物的附着的稳定性，从而使电极的使用寿命延长。另一方面，斜发沸石具有良好的导电性和抗电解液腐蚀的性能，以斜发沸石作为载体，不仅能参与导电过程，还可参与催化过程。在电催化过程中，金属氧化物与载体之间相互作用，有助于修饰金属氧化物的电子状态，可显著改变金属氧化物的活性和选择性，从而提高催化氧化的效果，进而有效降解废水中的有机物，提高降解效率。进一步优选为：所述金属氧化物包括如下重量份数的组分：氧化铈3.5-6.0份；三氧化二铁1.5-3.0份；二氧化锡0.5-1.0份。通过上述技术方案，经研究(试验一、试验二)发现，该重量份数范围内的技术氧化物具有更好的催化氧化效果，从而达到更好的降解废水中的有机物的效果。本专利技术的目的二在于提供一种格栅式电催化氧化催化材料的制备工艺。为实现上述目的二，本专利技术提供了如下技术方案：一种格栅式电催化氧化催化材料的制备工艺，包括如下步骤：S1，将斜发沸石原料进行筛选、清洗、湿法研磨、沉淀、晾干，在300-500℃的马弗炉内焙烧1-4h，冷却，获得斜发沸石粉末；S2，将步骤S1中获得的斜发沸石粉末在浓度为1.0mol/L氯化钠溶液中进行充分浸渍，在60-75℃的水浴条件下机械搅拌处理2-5h，过滤后经纯水洗涤至无氯离子检出，置于烘箱中在105-115℃的温度下烘干，获得活化斜发沸石粉末；S3，将重量份数为8.8-18.2份的Ce(NO3)3·6H2O、4.4-10.9份的FeCl3、0.87-2.77份的SnCl4，溶解于100mL的纯水中，充分混合，形成浸渍液；S4，取100份步骤S2中获得的活化斜发沸石粉末加入至步骤S3中获得的浸渍液中，充分浸渍，再将活化斜发沸石粉末置于浸渍液中静态浸渍12-48h，于80-90℃的水浴中缓慢蒸发至干燥，再于110-120℃的温度下干燥9-12h，最后置于马弗炉中在450-600℃的温度下焙烧4-6h，冷却，获得。通过上述技术方案，在步骤S1中，将斜发沸石原料进行清洗干燥后，减少其中残留的水分对后续操作产生不良影响。步骤S2中，斜发沸石粉末经氯化钠溶液充分浸渍活化后，干燥，并采用静态浸渍的方法浸渍于浸渍液中，有助于使浸渍液中的金属离子有效附着于活化斜发沸石粉末的外表面，当后续高温焙烧时，可使形成的金属氧化物与改性斜发沸石之间形成稳定的连接，有助于提高形成的填充料的使用效果和寿命。且以斜发沸石作为载体，采用浸渍-焙烧的方法制备混合含有Ce、Fe、Sn氧化物的负载型催化活性剂，作为电极室填充介质材料，晶体内部形成大量的彼此贯通与便捷相连海绵体、且孔径为0.3-1.0nm的笼状孔穴和通道，比表面大且孔隙结构致紧严密。进一步优选为：所述步骤S1中，斜发沸石原料在马弗炉内焙烧的温度为300-400℃，焙烧的时间为2-3h。通过上述技术方案，在该焙烧温度和时间范围内，可使斜发沸石原料中存在的孔隙中的水分被充分烤干，使其处于干燥状态，同时还在一定程度上节约了能耗。进一步优选为：所述步骤S2中，水浴的温度为65-70℃，机械搅拌处理的时间为3-5h；所述烘箱中的温度调节为105-108℃。通过上述技术方案，经研究(试验一、试验二)发现，在该温度范围内，可使斜发沸石粉末充分被氯化钠溶液浸渍并活化，在105-108℃的温度下将残留在斜发沸石粉末表面的水分充分去除，并且有助于使斜发沸石粉末中的孔隙增大，便于后续操作中浸渍液中的金属离子尽可能地附着于活化斜发沸石粉末的外表面，从而提高填充料的催化活性和催化稳定性。进一步优选为：所述步骤S4中，活化斜发沸石粉末的静态浸渍时间为18-30h。通过上述技术方案，经研究(试验一、试验二)发现，在该静态浸渍时间内，浸渍液中的金属离子可较为充分地附着于活化斜发沸石粉末的外表面，使后续焙烧形成的金属氧化物均匀附着在活化斜发沸石粉末的外表，从而提高填充料的催化活性和催化稳定性。进一步优选为：所述步骤S4中，经水浴后的活化斜发沸石粉末在110-112℃的温度下干燥9-10h，后置于马弗炉中在500-600℃的温度下焙烧4-5h。通过上述技术方案，在该温度范围和干燥时间内，经水浴后的活化斜发沸石粉末可以较为稳定地在焙烧，从而使金属氧化物与活化斜发沸石粉末之间形成较为牢固的连接，有助于提高本申请中的负载型催化剂填充料的催化活性的稳定性，并延长其使用寿命。进一步优选为：所述步骤S4中，经静态浸渍后的活化斜发沸石粉末于80-90℃的水浴中干燥的时间为3-6h。通过上述技术方案，通过该水浴的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种格栅式电催化氧化催化材料，其特征在于，包括斜发沸石和包覆于斜发沸石的外表面的金属氧化物，所述斜发沸石的重量份数为100份；所述金属氧化物包括如下重量份数的组分：氧化铈3.5‑7.2份；三氧化二铁1.5‑3.8份；二氧化锡0.5‑1.6份。

【技术特征摘要】
1.一种格栅式电催化氧化催化材料，其特征在于，包括斜发沸石和包覆于斜发沸石的外表面的金属氧化物，所述斜发沸石的重量份数为100份；所述金属氧化物包括如下重量份数的组分：氧化铈3.5-7.2份；三氧化二铁1.5-3.8份；二氧化锡0.5-1.6份。2.根据权利要求1所述的一种格栅式电催化氧化催化材料，其特征在于，所述金属氧化物包括如下重量份数的组分：氧化铈3.5-6.0份；三氧化二铁1.5-3.0份；二氧化锡0.5-1.0份。3.一种如权利要求1或2所述的一种格栅式电催化氧化催化材料的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：S1，将斜发沸石原料进行筛选、清洗、湿法研磨、沉淀、晾干，在300-500℃的马弗炉内焙烧1-4h，冷却，获得斜发沸石粉末；S2，将步骤S1中获得的斜发沸石粉末在浓度为1.0mol/L氯化钠溶液中进行充分浸渍，在60-75℃的水浴条件下机械搅拌处理2-5h，过滤后经纯水洗涤至无氯离子检出，置于烘箱中在105-115℃的温度下烘干，获得活化斜发沸石粉末；S3，将重量份数为8.8-18.2份的Ce(NO3)3·6H2O、4.4-10.9份的FeCl3、0.87-2.77份的SnCl4，溶解于100mL的纯水中，充分混合，形成浸渍液；S4，取100份步骤S2中获得的活化斜发沸石粉末加入至步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵胜利，赵葱，
申请(专利权)人：杭州民天环保技术研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33