一种高催化活性电极及其光电催化降解活性红195的方法技术

本发明专利技术公开了一种高催化活性电极及其光电催化降解活性红195的方法，属于光电催化技术领域。电极制备为：采用阳极氧化的方法制备Ti/TiO

【技术实现步骤摘要】
一种高催化活性电极及其光电催化降解活性红195的方法
本专利技术属于光电催化
，更具体地说，涉及一种高催化活性电极及其光电催化降解活性红195的方法。
技术介绍
染色是纺织工业中最主要的环境污染源。这些过程需要大量的水，因此会产生大量的废水。据估算，在染色过程中有10–15％的染料损失，并作为废液排放，对环境造成严重污染。活性红195就是其中一种有机染色剂，广泛用于棉布染色及印花。染料废水是工业中常见的有机废水，其BOD、COD高、色度高、化学结构复杂、部分染料有生物毒性。常规的生化法难以将其彻底去除。利用光、电催化氧化等高级氧化技术(AOP)处理是目前水处理染料废水技术的研究热点之一。光电催化氧化技术具有操作简便、降解效率高与环境兼容性好等优点。光电极材料和催化材料是光电化学方法中的重要决定因素，它将直接影响光电化学方法的效率和能耗。故寻找和研发催化活性高、使用寿命长的阳极材料至关重要。TiO2是使用最广泛的光电催化材料之一，因为它具有优异的氧化分解有机污染物的能力，同时具有耐腐蚀性，无毒而且成本低，许多研究都集中在合成具有各种结构的TiO2(例如纳米管阵列，纳米棒，纳米线)，其中，高度有序的TiO2纳米管阵列垂直竖立在Ti基板上，具有促进光催化效率的理想形式，与其他TiO2结构相比，纳米管结构具有光滑的表面并且具有一维几何形状，可以实现有效的电荷转移，这种改进的结构提供了一种更短的载流子扩散路径，就是沿管壁扩散，从而最大限度地减少了由于纳米颗粒之间的电子跳跃引起的电荷损失，与独立存在纳米管相比，由Ti基底形成的纳米管还可以用作电极，当施加小的电位时，纳米管电极可以达到高光电催化效率。研究最多的TiO2纳米管是锐钛矿和金红石结构[6]，与金红石形式相比，锐钛矿结构具有更高的光催化活性。但是TiO2的禁带宽度为3.2eV，限制了TiO2纳米管得到更广泛应用。由于其大的带隙宽度，TiO2纳米管需要UV光照射以进行光催化，而紫外线与可见光(52％)和红外光(43％)相比只占太阳光谱的一小部分(5％)，此外，光生电子-空穴对的快速复合也是影响TiO2纳米管光催化效率的一个因素，因此必须解决这两个缺点以提高TiO2纳米管的光催化活性。近年来，金属-有机框架材料(MOF)吸引了许多学者的注意，类沸石咪唑酯骨架材料(ZeoliticImidazolateFrameworksZIFs)是一种新型金属-有机骨架配位聚合物，其具有沸石拓扑结构，它结合了沸石和金属有机骨架材料两种材料的优点，比表面积大，稳定性高。Co-ZIF-9就是以Co作为金属节点，以苯并咪唑作为有机配体在有机溶剂DMF中通过溶剂热的方法合成的一种类沸石结构新型材料。TiO2与金属-有机框架材料(MOF)一起结合，可以增加比表面积，提供更多的活性位点，从而提高光电催化活性。
技术实现思路
1.专利技术要解决的技术问题本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种高催化活性电极及其光电催化降解活性红195的方法，通过微波法制备Ti/Black-TiO2NT/Ni/ZIF-9电极，相比其它方法，不仅操作简单，还提高了沉积层的纯度、密度、均匀度，并降低其空隙率，提高了电极的稳定性和光电催化性能，以该Ti/Black-TiO2NT/Ni/ZIF-9修饰电极为阳极，在电解槽中通过光电催化氧化处理活性红195水溶液，该专利技术提供的方法氧化降解去除活性红195的效率高，电极耐腐蚀性好，降解过程稳定性好，降解效率比普通二氧化钛纳米管电极高，活性红195的脱色率达到99.1～99.9％，COD的降解率达到95.8～97.2％，降解副反应少，保证了降解高效率，属于绿色化学部分。2.技术方案为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：本专利技术的一种高催化活性电极，采用阳极氧化的方法制备Ti/TiO2NT，经先还原，再在氮气气氛下煅烧后，制备出黑色Ti/TiO2NT(Ti/Black-TiO2NT)，再采用脉冲电流沉积的方法将Ni沉积到Ti/Black-TiO2NT上，得到Ti/Black-TiO2NT/Ni，随后通过微波合成在Ti/Black-TiO2NT/Ni上负载MOF材料ZIF-9颗粒，得到Ti/Black-TiO2NT/Ni/ZIF-9电极。作为本专利技术的进一步改进，其制备的具体步骤为：步骤一、选用纯钛金属作为钛片，首先将钛片依次用600目、800目和1000目三种不同规格的砂纸进行打磨，然后将打磨好的钛片依次在无水乙醇、丙酮、去离子水中超声洗涤10min，再放入乙二醇，氢氟酸和二次蒸馏水的混合溶液中腐蚀处理20min，腐蚀后钛片的表面为白色麻面，并用去离子水清洗干净，其中：氢氟酸，乙二醇与二次蒸馏水的体积比为2：6：10；步骤二、采用阳极氧化法制备Ti/TiO2NT，室温下在质量分数为0.3～0.5wt％NH和2～5V％H2O的乙二醇电解液中，以Ti片为阳极，Cu片为阴极，进行阳极电氧化，氧化电压为60～100V，氧化时间7～10h，氧化过程始终进行磁力搅拌，氧化结束后用无水乙醇浸泡样品2h，无水乙醇超声清洗2min，接着在2～4mol·L-1Na2SO4溶液中对Ti/TiO2NT电极还原，把Ti4+还原成Ti3+，最后在氮气气氛下退火处理，退火温度500～550℃，保温4h，即可制得Ti/Black-TiO2NT电极；步骤三、将步骤二退火好的Ti/Black-TiO2NT电极作为工作电极，Pt片作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，放置在混有200～400g/L的NiSO4·6H2O，20～41g/L的NiCl2·6H2O和10～32g/L的H3BO3的电镀液中，控制温度为25℃，搅拌速度为600rpm，脉冲电沉积10min将Ni修饰在纳米管上，制得Ti/Black-TiO2NT/Ni电极；步骤四、将0.1～0.7gCo(NO3)2和0.5～0.8g苯并咪唑溶于10～40mlN,N-二甲基甲酰胺中，将Ti/Black-TiO2NT/Ni放入溶液内，然后置于微波反应器中反应10～20min，反应温度为200～230℃，反应完成之后取出用DMF冲洗几遍，然后放入90℃的真空干燥箱中干燥一夜，便得到MOF材料进一步改性的Ti/Black-TiO2NT/Ni/ZIF-9电极。本专利技术的一种高催化活性电极光电催化降解活性红195的方法，其步骤为：1)制备高催化活性电极采用阳极氧化的方法制备Ti/TiO2NT，经先还原，再在氮气气氛下煅烧后，制备出黑色Ti/TiO2NT(Ti/Black-TiO2NT)，再采用脉冲电流沉积的方法将Ni沉积到Ti/Black-TiO2NT上，得到Ti/Black-TiO2NT/Ni，随后通过微波合成在Ti/Black-TiO2NT/Ni上负载MOF材料ZIF-9颗粒，得到Ti/Black-TiO2NT/Ni/ZIF-9电极；2)光电催化降解活性红195将步骤1)中制备的高催化活性Ti/Black-TiO2NT/Ni/Z本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高催化活性电极，其特征在于，采用阳极氧化的方法制备Ti/TiO

【技术特征摘要】
1.一种高催化活性电极，其特征在于，采用阳极氧化的方法制备Ti/TiO2NT，经先还原，再在氮气气氛下煅烧后，制备出黑色Ti/TiO2NT(Ti/Black-TiO2NT)，再采用脉冲电流沉积的方法将Ni沉积到Ti/Black-TiO2NT上，得到Ti/Black-TiO2NT/Ni，随后通过微波合成在Ti/Black-TiO2NT/Ni上负载MOF材料ZIF-9颗粒，得到Ti/Black-TiO2NT/Ni/ZIF-9电极。


2.根据权利要求1所述的一种高催化活性电极，其特征在于，其制备的具体步骤为：
步骤一、
选用纯钛金属作为钛片，首先将钛片依次用600目、800目和1000目三种不同规格的砂纸进行打磨，然后将打磨好的钛片依次在无水乙醇、丙酮、去离子水中超声洗涤10min，再放入乙二醇，氢氟酸和二次蒸馏水的混合溶液中腐蚀处理20min，腐蚀后钛片的表面为白色麻面，并用去离子水清洗干净，其中：氢氟酸，乙二醇与二次蒸馏水的体积比为2：6：10；
步骤二、
采用阳极氧化法制备Ti/TiO2NT，室温下在质量分数为0.3～0.5wt％NH和2～5V％H2O的乙二醇电解液中，以Ti片为阳极，Cu片为阴极，进行阳极电氧化，氧化电压为60～100V，氧化时间7～10h，氧化过程始终进行磁力搅拌，氧化结束后用无水乙醇浸泡样品2h，无水乙醇超声清洗2min，接着在2～4mol·L-1Na2SO4溶液中对Ti/TiO2NT电极还原，把Ti4+还原成Ti3+，最后在氮气气氛下退火处理，退火温度500～550℃，保温4h，即可制得Ti/Black-TiO2NT电极；
步骤三、
将步骤二退火好的Ti/Black-TiO2NT电极作为工作电极，Pt片作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，放置在混有200～400g/L的NiSO4·6H2O，20～41g/L的NiCl2·6H2O和10～32g/L的H3BO3的电镀液中，控制温度为25℃，搅拌速度为600rpm，脉冲电沉积10min将Ni修饰在纳米管上，制得Ti/Black-TiO2NT/Ni电极；
步骤四、
将0.1～0.7gCo(NO3)2和0.5～0.8g苯并咪唑溶于10～40mlN,N-二甲基甲酰胺中，将Ti/Black-TiO2NT/Ni放入溶液内，然后置于微波反应器中反应10～20min，反应温度为200～230℃，反应完成之后取出用DMF冲洗几遍，然后放入90℃的真空干燥箱中干燥一夜，便得到MOF材料进一步改性的Ti/Black-TiO2NT/Ni/ZIF-9电极。


3.一种高催化活性电极光电催化降解活性红195的方法，其特征在于，其步骤为：
1)制备高催化活性电极
采用阳极氧化的方法制备Ti/TiO2NT，经先还原，再在氮气气氛下煅烧后，制备出黑色Ti/Ti...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凤武，徐迈，张媛，方文彦，魏亦军，朱传高，
申请(专利权)人：淮南师范学院，
类型：发明
国别省市：安徽;34