一种恒电位一步制备仿生电聚层的方法及其在降解印染废水中的应用技术

本发明专利技术公开了一种恒电位一步制备仿生电聚层的方法及其在降解印染废水中的应用。本发明专利技术将水、单体、质子酸、赋形剂与界面致顿剂混合配制成支持电解质，于碳钢、纯铜、铝合金等低自然电位金属表面通过恒电位一步法制备仿生电聚层。基于仿生电聚层极高的电活性表面积，可高效降解印染废水中的有机污染物，还可通过电吸附等机理高效去除其他污染物(COD、溶解固形物等)。

【技术实现步骤摘要】
一种恒电位一步制备仿生电聚层的方法及其在降解印染废水中的应用
本专利技术属于工业废水处理
，特别涉及一种恒电位一步制备仿生电聚层的方法及其在降解印染废水中的应用。
技术介绍
对棉、麻、化学纤维、丝绸及其混纺产品印染或染整会产生大量印染废水。据统计，每印染1吨纺织品，耗水量100-200吨，其中超过80％的用水以废水形式排放。所排放印染废水以有机染料为主，还包含部分助染剂、油剂、无机盐、纤维等污染物，化学需氧量(COD)与色度均较高，属于难处理工业废水。因此，亟需建立高效、经济处理工业印染废水的方法。作为一种清洁处理工艺，在1969年，Backnurst等设计出了流化床电极(FluidBedElectrode简称FBE)。这种电极与平板电极相比，具有更高的比表面积，电解液在孔道内流动，极大地改善了电解反应器内的传质过程(JournalofTheElectrochemicalSociety,1993,140:1632-1637)。1973年，M.FleischmammF.Goodridge等研制成功了双极性固定床电极(BipolarPackedBedElectrode简称BPBE)，极大提高了电化学水处理技术的效率(ElectrochimicaActa,1977,22:913-920)。自Stucki与Comninellis利用DSA电极对废水中有机物进行氧化降解以来(AppliedElectrochemistry,1991,21:14-20,99-104,703-708；1993,23:108-112)，电化学水处理技术因操作简便、处理效率高、副反应少且成本低等特点，已经在絮凝、脱盐、除垢、吸附与杀菌等方面得到广泛应用。目前，针对印染废水的电化学处理，常采用改性金属氧化物、硼掺杂金刚石等电极作为阳极，通过电化学氧化处理印染废水，达到相关排放标准。综合分析最接近现有技术可知，使用功能电极处理印染废水，多依靠阳极高过电位进行电化学氧化使有机污染物矿化降解，进而实现处理印染废水的目的。然而，以改性金属氧化物等作阳极(何耀忠等，水处理技术，2012，38(11):55-58；WeiZhang,etal,Pigment&ResinTechnology,2020,49(1):46-54；中国专利CN110627168A)，通过电化学氧化处理印染废水时，往往受到副反应—析氧反应的限制，使处理效率随时间延长而逐渐降低，进而增加能量消耗。此外，改性金属电极对印染废水的处理效率对环境pH值、温度、初始污染物浓度与处理时间等因素十分敏感，难以保持稳定的处理效率，并且对废水中的其他污染物难以处理；或者作为预处理工艺，配合其他废水处理技术(Fenton氧化、生物处理、膜分离等)，未充分体现电化学法水处理技术的独特优势。
技术实现思路
针对上述现有技术中，改性贵金属或金刚石等电极难以维持高效稳定的印染废水处理效率，本专利技术设计支持电解质、选取适宜单体配方和掺杂剂组分，于碳钢、纯铜、铝合金等低自然电位金属表面通过恒电位一步法制备仿生电聚层，即保护了金属基底，又可高效降解印染废水中的有机污染物。本专利技术所述的恒电位一步制备仿生电聚层的方法为：(1)将金属表面抛光至金相，然后在乙醇和丙酮的混合溶剂中超声清洗，氮气流下干燥；(2)将水、单体、质子酸、赋形剂与界面致顿剂混合配制支持电解质，其中，单体浓度为0.05-0.2mol/L，质子酸浓度为0.05-0.5mol/L，赋形剂浓度为0.01-0.15mol/L，界面致顿剂浓度为0.01-0.1mol/L；(3)以步骤(1)处理后的金属作为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝为辅助电极，通过三电极电化学反应将单体原位聚合于工作电极表面，电位范围为0.1-0.8V，聚合时间5-30min；(4)聚合完成后，取出工作电极，40-55℃下真空干燥，得到表面修饰仿生电聚层的极板。所述的金属为碳钢、纯铜、铝合金中的一种。所述的单体为N-甲酰苯胺、2-甲氧基苯胺、N-乙基咔唑、β-氨基吡咯、β-硝基吡咯、5-氟吲哚中的一种或几种。所述的质子酸为盐酸、硫酸、硝酸、草酸中的一种或几种。所述的赋形剂为水杨酸钠、樟脑磺酸、肉桂酸、香芹酚、γ-氨基丁酸中的一种或几种。所述的界面致顿剂为肉桂酸钠、葡萄糖酸钠、三聚磷酸钠中的一种或几种。将上述制备得到的表面修饰仿生电聚层的极板应用于降解印染废水。所述的降解印染废水的具体操作为：以表面修饰仿生电聚层的极板分别作为阴极和阳极，阴极和阳极的间距为1-3cm，在5-10V电压下处理印染废水。本专利技术所制备的仿生电聚层具有以下优点：1)一步法制备，工艺简便、反应温和、无单体还原过程、高效且可控；2)配制的支持电解质中的单体一步电聚合于金属表面，得到仿生结构，通过调节支持电解质中单体、质子酸、赋形剂与界面致顿剂的种类与浓度，可得到具有不同电活性表面积的仿生电聚层；3)基于仿生电聚层极高的电活性表面积，可高效降解印染废水中的有机污染物，还可通过电吸附等机理高效去除其他污染物(COD、溶解固形物等)。附图说明图1为实施例1在20#碳钢表面制备的仿珊瑚结构聚N-甲酰苯胺电聚层。图2为实施例3在1350铝合金表面制备的仿树叶结构聚N-乙基咔唑电聚层。图3为实施例4在20#碳钢表面制备的仿玫瑰花结构聚β-氨基吡咯电聚层。具体实施方式实施例1以20#碳钢为工作电极(5cm×5cm)，依次使用400、800、1000、2000目的碳化硅耐水砂纸打磨至镜面，在1/1(体积比)乙醇/丙酮混合液的超声波浴中清洗，最后在25℃氮气流下干燥，备用。将工作电极浸入300mL支持电解质(含N-甲酰苯胺0.05mol/L，硫酸0.3mol/L，樟脑磺酸0.15mol/L，肉桂酸钠0.01mol/L)中，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝为辅助电极，在0.2V(相对参比电极)的恒定电压下，聚合10min，取出40℃下真空干燥后，得到仿珊瑚结构聚N-甲酰苯胺层(附图1)。以表面修饰聚N-甲酰苯胺的20#碳钢分别作为阴阳极板，阴极和阳极间距3cm，在5V直流电压下，动态连续处理含靛蓝废水(靛蓝800mg/L，溶解固形物1g/L)150min(进水流量：120L/h)，脱色率达99.82％，溶解固形物去除率90.33％。实施例2以纯铜为工作电极(5cm×5cm)，依次使用400、800、1000、2000目的碳化硅耐水砂纸打磨至镜面，在1/1(体积比)乙醇/丙酮混合液的超声波浴中清洗，最后在25℃氮气流下干燥，备用。将工作电极浸入300mL支持电解质(含2-甲氧基苯胺0.2mol/L，盐酸0.05mol/L，水杨酸钠0.01mol/L，葡萄糖酸钠0.1mol/L)中，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝为辅助电极，在0.8V(相对参比电极)的恒定电压下，聚合5min，取出55℃下真空干燥后，得到仿花椰菜结构聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种恒电位一步制备仿生电聚层的方法，其特征在于，所述方法的具体步骤为：/n(1)将金属表面抛光至金相，然后在乙醇和丙酮的混合溶剂中超声清洗，氮气流下干燥；/n(2)将水、单体、质子酸、赋形剂与界面致顿剂混合配制支持电解质，其中，单体浓度为0.05-0.2mol/L，质子酸浓度为0.05-0.5mol/L，赋形剂浓度为0.01-0.15mol/L，界面致顿剂浓度为0.01-0.1mol/L；/n(3)以步骤(1)处理后的金属作为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝为辅助电极，通过三电极电化学反应将单体原位聚合于工作电极表面，电位范围为0.1-0.8V，聚合时间5-30min；/n(4)聚合完成后，取出工作电极，40-55℃下真空干燥，得到表面修饰仿生电聚层的极板。/n

【技术特征摘要】
1.一种恒电位一步制备仿生电聚层的方法，其特征在于，所述方法的具体步骤为：
(1)将金属表面抛光至金相，然后在乙醇和丙酮的混合溶剂中超声清洗，氮气流下干燥；
(2)将水、单体、质子酸、赋形剂与界面致顿剂混合配制支持电解质，其中，单体浓度为0.05-0.2mol/L，质子酸浓度为0.05-0.5mol/L，赋形剂浓度为0.01-0.15mol/L，界面致顿剂浓度为0.01-0.1mol/L；
(3)以步骤(1)处理后的金属作为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝为辅助电极，通过三电极电化学反应将单体原位聚合于工作电极表面，电位范围为0.1-0.8V，聚合时间5-30min；
(4)聚合完成后，取出工作电极，40-55℃下真空干燥，得到表面修饰仿生电聚层的极板。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的金属为碳钢、纯铜、铝合金中的一种。


3.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊保民，马玉聪，翁云宣，刘浩，范贵锋，
申请(专利权)人：北京工商大学，
类型：发明
国别省市：北京;11