一种污染物降解、监测系统及其构建方法和应用技术方案

本发明专利技术属于水污染治理技术领域，公开了一种污染物降解、监测系统及其构建方法和应用。该污染物降解、监测系统，包括工作电极、对电极、参比电极、电化学工作站和光源；工作电极、对电极和参比电极均与电化学工作站相连；工作电极同时具有光催化降解和电催化检测性能。本发明专利技术提供的污染物降解、监测系统能够同时实现污染物的降解与实时监测，其操作简单，无需预处理，且使污染物的处理效率得到大幅度提高。该系统造价低廉，便于携带，不需要特定的工作环境，可现场使用，操作简单方便；不需要对目标污染物进行繁琐预处理，且效率较高。该系统实现了对水体中污染物同时去除和痕量在线监测。

【技术实现步骤摘要】
一种污染物降解、监测系统及其构建方法和应用
本专利技术属于水污染治理
，具体涉及一种污染物降解、监测系统及其构建方法和应用。
技术介绍
随着含污染物的废水排放量急剧增加，一些具有一定的生物积累性和生态毒理性且难自降解的污染物，对人体健康和动植物生长繁殖造成不良影响。例如，重金属六价铬(Cr(Ⅵ))极易被人体吸收易致癌，超过10ppm的Cr(VI)化合物会导致水生物死亡，Cr(VI)化合物已经被国际癌症研究机构归为一类人类严重致癌物。常见的酚类污染物，长时间接触会导致皮肤、神经疾病，过量摄入会引起中毒。因此，污染物的监测与治理需要被高度重视。目前，污染物的降解与监测多为分开处理，一般操作复杂，需要预处理或者特殊仪器，流程多，时间较长，成本高昂。常用治理方法有较多不足，如生物降解法处理周期长，处理量有限；吸附法再生能量消耗大；化学法试剂昂贵，易造成二次污染等。监测方法也存在一些缺点，如色谱法需进行预处理，需要专门人员且仪器昂贵，传感器分析易污染，重复性差，且不能进行现场在线工作。因此，亟需提供一种操作简单，无需预处理，快速、高效的污染物治理的方法。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种污染物降解、监测系统，所述系统能够同时实现污染物的降解与实时监测，其操作简单，无需预处理，可以高效治理污染物。本专利技术第一方面提供了一种污染物降解、监测系统。具体的，一种污染物降解、监测系统，包括工作电极、对电极、参比电极、电化学工作站和光源；所述工作电极、对电极和参比电极均与所述电化学工作站相连；所述工作电极同时具有光催化降解和电催化检测性能。常规对污染物的降解和监测是分开单独进行，需分别进行取样处理，本专利技术提供的系统将二者集合同时进行，使其降解和监测过程得到大幅度简化，且效率得到大幅度提高。优选的，所述工作电极包括含贵金属的二氧化钛纳米材料、含贵金属的氧化锌材料、二氧化钛单晶或磷掺杂的氮化碳纳米材料中的至少一种。如T.N.Ravishankar等人制备的银掺杂的二氧化钛纳米粒子(T.N.Ravishankar：Electrochemicaldetectionandphotochemicaldetoxificationofhexavalentchromium(Cr(VI))byAgdopedTiO2nanoparticles，Anal.Methods,2015,7,3493)，俞汉青等人制备的表面定制二氧化钛单晶(俞汉青PhotochemicalAnti-FoulingApproachforElectrochemicalPollutantDegradationonFacet-TailoredTiO2SingleCrystalsEnviron.Sci.Technol.2017,51,11326-11335)，Wei等人制备的Ag/In2S3/ZnO(WeiConstructionofZ-schemeAg/In2S3/ZnOnanorodscompositephotocatalystsfordegradationof4-nitrophenolJunweiWeietal2021Nanotechnology32105706)等。进一步优选的，所述含贵金属的的二氧化钛纳米材料中贵金属为金、银或铂中的至少一种。优选的，所述对电极为铂对电极或碳对电极。优选的，所述参比电极选自Ag/AgCl电极、Hg/HgO电极、饱和甘汞电极或Hg/HgSO4电极中的一种。优选的，所述光源为氙灯光源或太阳光。本专利技术第二方面提供了一种污染物降解、监测系统的构建方法。具体的，所述构建方法包括以下步骤：(1)将同时具有光催化降解和电催化检测性能的材料制备成工作电极；(2)将所述对电极、参比电极和步骤(1)制得的所述工作电极，分别与电化学工作站相连，置于待处理液中，配制光源，得所述污染物降解、监测系统。优选的，步骤(1)中所述同时具有光催化降解和电催化检测性能的材料为含贵金属的的二氧化钛纳米材料，所述含贵金属的的二氧化钛纳米材料的制备方法，包括以下步骤：(a)以钛源作为原料，在导电基底(如碳布，CC)上原位生长TiO2，得到TiO2/CC；(b)将步骤(a)制得的TiO2/CC浸泡在碳源前驱物的溶液中，反应，得到沉淀，将所述沉淀退火，得到碳包覆的TiO2；(c)采用电化学沉积法或光还原法在步骤(b)制得的碳包覆的TiO2上沉积贵金属纳米颗粒，制得所述含贵金属的的二氧化钛纳米材料。该方法通过热处理和电沉积等方法设计合成了一种含贵金属的二氧化钛纳米材料。所述材料不仅具有良好的光催化性能和电催化检测性能，在外置电压的存在下，会进一步促进光生空穴电子的分离，在光催化反应和电极表面清洁的协同作用下促进使光、电性能均进一步提升。优选的，在步骤(a)中，所述钛源为有机钛或无机钛盐，如钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯和四氯化钛。优选的，在步骤(a)中，所述导电基底选自导电碳布、碳纸、钛片(网)、不锈钢网、泡沫铜或泡沫镍中的至少一种。优选的，在步骤(b)中，所述碳源前驱物选自多巴胺、葡萄糖、苯胺或吡咯中的至少一种。优选的，在步骤(b)中，所述退火的温度为600-1000℃，所述退火的时间为1-6h；进一步优选的，在步骤(b)中，所述退火的温度为700-900℃，所述退火的时间为2-5h。优选的，在步骤(b)中，所述退火过程在氢、CO、CH4、C2H4等还原性气体气氛围中进行。优选的，在步骤(1)中，所述待处理液中含重金属离子(如六价铬(Cr(Ⅵ))、锰、铅)、酚类(如双酚、苯酚、氯苯酚、硝基酚)、抗生素(如四环素)等。优选的，所述待处理液中还含电解液，如盐酸、磷酸盐缓冲溶液等。本专利技术第三方面提供了一种污染物降解、监测系统的应用。将所述污染物降解、监测系统应用于废水、污水处理中。如含重金属离子(如六价铬(Cr(Ⅵ))、锰、铅)、酚类(如双酚、苯酚、氯苯酚、硝基酚)、抗生素(如四环素)的废水或污水。相对于现有技术，本专利技术的有益效果如下：(1)本专利技术以同时具有光催化降解和电催化检测性能的材料作为工作电极，与对电极和参比电极共同构建成污染物降解、监测系统，能够同时实现污染物的降解与实时监测，其操作简单，无需预处理，且使污染物的处理效率得到大幅度提高。(2)本专利技术提供的污染物降解、监测系统，其造价低廉，便于携带，不需要特定的工作环境，可现场使用，操作简单方便；不需要对目标污染物进行繁琐预处理，且效率较高。该系统实现了对水体中污染物同时去除和痕量在线监测。附图说明图1为实施例1制得的含金的二氧化钛纳米材料的扫描电镜图；图2为应用例1中无光照下，滴加不同浓度Cr(Ⅵ)的时间电流曲线；图3为应用例1中无光照下，不同浓度Cr(Ⅵ)与响应电流的关系图；图4为应用例1中有光照下，滴加不同浓度Cr(Ⅵ)的时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种污染物降解、监测系统，其特征在于，包括工作电极、对电极、参比电极、电化学工作站和光源；所述工作电极、对电极和参比电极均与所述电化学工作站相连；所述工作电极同时具有光催化降解和电催化检测性能。/n

【技术特征摘要】
1.一种污染物降解、监测系统，其特征在于，包括工作电极、对电极、参比电极、电化学工作站和光源；所述工作电极、对电极和参比电极均与所述电化学工作站相连；所述工作电极同时具有光催化降解和电催化检测性能。


2.根据权利要求1所述的污染物降解、监测系统，其特征在于，所述工作电极包括含贵金属的二氧化钛纳米材料、含贵金属的氧化锌材料、二氧化钛单晶或磷掺杂的氮化碳纳米材料中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的污染物降解、监测系统，其特征在于，所述对电极为铂对电极或碳对电极；所述参比电极选自Ag/AgCl电极、Hg/HgO电极、饱和甘汞电极或Hg/HgSO4电极中的一种。


4.权利要求1-3中任一项所述的污染物降解、监测系统的构建方法，包括以下步骤：
(1)将同时具有光催化降解和电催化检测性能的材料制备成工作电极；
(2)将所述对电极、参比电极和步骤(1)制得的所述工作电极，分别与电化学工作站相连，置于待处理液中，配制光源，得所述污染物降解、监测系统。


5.根据权利要求4所述的构建方法，其特征在于，步骤(1)中所述同时具有光催化降解和电催化检测性能的材料为含贵金属的的二氧化钛纳米材料，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡良胜，赵夏，黄赞玲，
申请(专利权)人：汕头大学，
类型：发明
国别省市：广东;44