电芬顿复合电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种电芬顿复合电极，所述电芬顿复合电极包括泡沫镍支撑骨架以及电极本体，所述电极本体由包括催化剂、导电剂以及粘结剂的原料制备而成；所述催化剂通过将亚铁离子负载在催化剂载体上制得。上述电芬顿复合电极，通过将芬顿试剂亚铁离子负载在催化剂载体上，制备而成的电芬顿复合电极作为阴极用于电芬顿法处理污水时，无需外部投加芬顿试剂，提高了芬顿试剂的利用率，避免游离的亚铁离子生成沉淀形成铁泥造成的二次污染；使用本发明专利技术电芬顿复合电极对废水进行处理时，能有效降低废水的CODcr、氨氮等指标，有效去除污水的色度，显著提高污水的可生化性。

Electrofenton composite electrode and its preparation method

The invention discloses an electric Fenton composite electrode, which comprises a foam nickel support skeleton and an electrode body. The electrode body is made from raw materials including catalyst, conductive agent and binder, and the catalyst is supported by loading ferrous ions on the catalyst carrier. The electrofenton composite electrode, which is prepared by loading Fenton reagent ferrous ion on catalyst carrier, is used as cathode in electrofenton process to treat sewage without adding Fenton reagent outside, thus improving the utilization rate of Fenton reagent and avoiding the secondary pollution caused by the formation and precipitation of free ferrous ion to form iron sludge. When combined electrode is used to treat wastewater, it can effectively reduce CODCr, ammonia nitrogen and other indicators of wastewater, effectively remove the color of wastewater, and significantly improve the biodegradability of wastewater.

【技术实现步骤摘要】
电芬顿复合电极及其制备方法
本专利技术属于污水处理
，具体涉及一种电芬顿复合电极及其制备方法。
技术介绍
芬顿法(Fenton)作为一种高级氧化技术，可用于各种难降解有机废水的处理，因1894年科学家芬顿(Fenton)发现了芬顿反应而得名，其实质是利用H2O2在Fe2+的催化作用下生成具有高反应活性的羟基自由基，羟基自由基可有效处理农药、印染、焦化废水及垃圾渗滤液等难降解的有机废水。由于传统芬顿法双氧水利用率不高，以及科学水平的发展与进步，科学工作者在传统试剂法的基础上不断进行创新，衍生出了光芬顿、电芬顿、光-电芬顿、超声波芬顿等改进后的新方法。其中，在电芬顿反应中，污染物的去除是通过芬顿药剂和阳极的阳极氧化两种途径实现的。目前常用的阳极材料为金属材料，阴极材料主要以碳材料为主，如活性炭、石墨毡、网状玻璃碳、活性碳纤维、碳纳米管与聚四氟乙烯(PTFE)复合电极等。电-芬顿可根据芬顿药剂的添加种类或形成方式分为以下4种形式。1)利用阳极电极失电子而生成亚铁离子，阴极喷射氧气发生还原反应生成过氧化氢；2)芬顿药剂过氧化氢由外部添加，亚铁离子则由牺牲阳极电极发生失电子氧化反应生成；3)药剂亚铁离子由外部添加，在阴极通入氧气发生还原反应生成过氧化氢；4)药剂过氧化氢和亚铁离子均由外部添加，在电解池内Fenton药剂生成羟基自由基，同时，铁离子在阴极被还原为亚铁离子。第一种方法虽然无需外投双氧水或Fe2+，但阳极铁板却在反应过程中被消耗，阳极使用寿命短。其他方法普遍存在的问题是双氧水或Fe2+要外投，芬顿试剂利用率较低且生成铁泥量大的问题。
技术实现思路
本专利技术针对芬顿法处理污水时，芬顿试剂利用率低的问题，提供一种电芬顿复合电极及其制备方法。本专利技术提供的一种电芬顿复合电极，所述电芬顿复合电极包括泡沫镍支撑骨架以及电极本体，所述电极本体由包括催化剂、导电剂以及粘结剂的原料制备而成；所述催化剂通过将亚铁离子负载在催化剂载体上制得。在其中一个实施例中，所述催化剂载体为活性炭。在其中一个实施例中，所述催化剂、导电剂以及粘结剂的质量比为(10.0～20.0)：(0.5～5.0)：(3.0～10.0)。在其中一个实施例中，所述电极本体为片状，所述电极本体被压合在所述泡沫镍骨架中。本专利技术还提供了一种上述电芬顿复合电极的制备方法，包括以下步骤：催化剂载体预处理，将催化剂载体依次通过碱洗处理、水洗至中性处理、酸洗处理、水洗至中性处理以及烘干处理，制得预处理后的催化剂载体；催化剂负载：将所述预处理后的催化剂载体于含有亚铁离子的溶液中浸渍、烘干、隔绝空气煅烧、冷却，制得催化剂；电极本体制备：将所述催化剂与导电剂混合，加入粘结剂以及去离子水混合均匀，加热除去去离子水后压制成电极本体；复合电极制备：将所述电极本体压合于泡沫镍骨架中，制得所述电芬顿复合电极。在其中一个实施例中，在所述催化剂负载步骤中，所述含有亚铁离子的溶液中亚铁离子的摩尔浓度为1.5mol/L～2.5mol/L。在其中一个实施例中，在所述催化剂负载步骤中，浸渍温度为84℃～88℃。在其中一个实施例中，在所述催化剂负载步骤中，所述隔绝空气煅烧的温度为200℃～400℃，煅烧时间为2.5h～3.5h。在其中一个实施例中，在所述电极本体制备步骤前，还包括以下步骤：将所述催化剂于氨水溶液中浸渍处理。在其中一个实施例中，所述氨水溶液的质量浓度为5.0％～15.0％。上述电芬顿复合电极，通过将芬顿试剂亚铁离子负载在催化剂载体上，制备而成的电芬顿复合电极作为阴极用于电芬顿法处理污水时，无需外部投加芬顿试剂，提高了芬顿试剂的利用率，避免游离的亚铁离子生成沉淀形成铁泥造成的二次污染；使用本专利技术电芬顿复合电极对废水进行处理时，能有效降低废水的CODcr、氨氮等指标，有效去除污水的色度，显著提高污水的可生化性。附图说明图1为本专利技术电芬顿复合电极一实施例的电芬顿复合电极结构示意图；图2为图1所示电极的纵向剖面示意图；图3为实施例1电芬顿复合电极CODcr去除率随时间变化图；图4为实施例1电芬顿复合电极氨氮去除率随时间变化图其中，1-泡沫镍支撑骨架；2-电极本体。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本专利技术，但并不用于限定本专利技术。本专利技术的第一大方面，提供的一种电芬顿复合电极，请参阅附图1和2，该电芬顿复合电极包括泡沫镍支撑骨架以及电极本体。泡沫镍支撑骨架用于为电极本体提供支撑，并且能够改善电极的稳定性，提高电化学体系的电能利用率。其中，电极本体由包括催化剂、导电剂以及粘结剂的原料制备而成；催化剂通过将亚铁离子负载在催化剂载体上制得。上述电芬顿复合电极，通过将芬顿试剂亚铁离子负载在催化剂载体上形成非均相催化体系，制备而成的电芬顿复合电极作为阴极用于电芬顿法处理污水时，无需外部投加芬顿试剂，提高了芬顿试剂的利用率，避免游离的亚铁离子生成沉淀形成铁泥造成的二次污染；使用本专利技术电芬顿复合电极对废水进行处理时，能有效降低废水的CODcr、氨氮等指标，有效去除污水的色度，显著提高污水的可生化性。该电芬顿复合电极在电芬顿反应处理污水时作为阴极，在阴极通入氧气/空气发生还原反应生成过氧化氢，亚铁离子负载于该阴极中，H2O2在Fe2+的催化作用下生成具有高反应活性的羟基(HO·)自由基，HO·自由基可有效降解污水中的有机污染物和包括氨氮在内的其他还原性物质。进一步地，传统的用于电芬顿法处理污水的阴极，多采用石墨、碳棒或活性炭纤维等材料制备而成，但这些材料在酸性溶液中电流效率较低，导致H2O2的产量不高。本专利技术通过采用催化剂、导电剂以及粘结剂制备的电极本体，能够提高电极本体的导电性，提高了芬顿反应的电流效率；通过采用泡沫镍支撑骨架，一方面能够为电极本体提供支撑作用，提高了电极的稳定性，另一方面，泡沫镍具有良好的导电性，进一步提高了电流效率，提高电化学体系的电能利用率。可选地，催化剂载体可以是活性炭。活性炭是常见的吸附材料，在液相、气相中对有机物和阴、阳离子吸附效率高，吸、脱附速度快，可再生循环使用，同时耐酸、碱，耐高温，适应性强，导电性和化学稳定性好，是一种比较理想的环保材料，因此，考虑经济效益及吸附效果，催化剂载体优选为活性炭，通过负载亚铁离子后与导电剂以及粘结剂制备成电极本体配合泡沫镍支撑架，能够提高电极的电流效率。优选地，活性炭可经一定的活化处理。作为一种可选实施方式，催化剂、导电剂以及粘结剂的质量比为(10.0～20.0)：(0.5～5.0)：(3.0～10.0)。电极本体的制备是电芬顿复合电极的核心阶段，各种原料的配比是影响电极对污水中污染物的去除率的关键因素，经大量创造性地研究性活动发现，当催化剂、导电剂以及粘结剂的质量比为(10.0～20.0)：(0.5～5.0)：(3.0～10.0)时，电流效率高，污染物的去除率较高。更优选地，当催化剂、导电剂以及粘结剂的质量比为15：2.75：6.5时，污染物的去除率最高。可选地，请继续参阅图1和图2所示，电极本体为片状，电极本体被压合在泡沫镍支撑骨架中。可选地，将催化剂、导电剂以及粘结剂按配方比混合后压制成片状，并根据需要裁剪为适当大小，将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电芬顿复合电极，其特征在于，所述电芬顿复合电极包括泡沫镍支撑骨架以及电极本体，所述电极本体由包括催化剂、导电剂以及粘结剂的原料制备而成；所述催化剂通过将亚铁离子负载在催化剂载体上制得。

【技术特征摘要】
1.一种电芬顿复合电极，其特征在于，所述电芬顿复合电极包括泡沫镍支撑骨架以及电极本体，所述电极本体由包括催化剂、导电剂以及粘结剂的原料制备而成；所述催化剂通过将亚铁离子负载在催化剂载体上制得。2.根据权利要求1所述的电芬顿复合电极，其特征在于，所述催化剂载体为活性炭。3.根据权利要求1所述的电芬顿复合电极，其特征在于，所述催化剂、导电剂以及粘结剂的质量比为(10.0～20.0)：(0.5～5.0)：(3.0～10.0)。4.根据权利要求1至3任意一项所述的电芬顿复合电极，其特征在于，所述电极本体为片状，所述电极本体被压合在所述泡沫镍骨架中。5.根据权利要求1至4任意一项所述的电芬顿复合电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：催化剂载体预处理，将催化剂载体依次通过碱洗处理、水洗至中性处理、酸洗处理、水洗至中性处理以及烘干处理，制得预处理后的催化剂载体；催化剂负载：将所述预处理后的催化剂载体于含有亚铁离子的溶液中浸...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳秋，姜楠，孟广才，白金锋，王旭，左宇，吕艳丽，
申请(专利权)人：辽宁科技大学，辽宁盛基建设基础工程有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21