一种改性羟基氧化镍材料的制备方法及其在液相中去除甲醛的应用技术

本发明专利技术提供一种改性羟基氧化镍材料的制备方法及其在液相中去除甲醛的应用，涉及废水处理技术领域，材料的具体成分为过渡金属镍氧化物，材料经循环伏安法改性后应用于废水中甲醛的处理。本发明专利技术涉及的材料制备方法简单，所制得β

【技术实现步骤摘要】
一种改性羟基氧化镍材料的制备方法及其在液相中去除甲醛的应用


[0001]本专利技术涉及废水处理
，具体涉及一种改性羟基氧化镍制备方法及其在去除甲醛中的应用。

技术介绍

[0002]甲醛是一种重要的有机小分子物质，具有强毒性。水中甲醛主要来源于纺织品生产、合成橡胶、木材加工、合成树脂和制漆等行业，甲醛可以带入工业废物排放流中，而水中甲醛浓度高于150mg/L会抑制微生物的活性，抑制人体免疫系统，短期接触会造成皮炎和粘膜刺激，长期接触会使身体发生癌变，例如鼻窦癌、鼻咽癌、脑癌、前列腺癌以及白血病等。
[0003]电催化氧化技术是利用在电极表面产生的强氧化性活性基团对环境中有机污染物进行降解的技术，目前去除甲醛的催化剂主要可分为贵金属催化剂和过渡金属氧化物催化剂。贵金属催化剂虽然活性高，但其表面会被甲醛氧化产生的一氧化碳等中间体吸附而迅速失活，而且工业使用催化剂的用量巨大，贵金属成本过高，不易推广。而过渡金属氧化物催化剂因其来源丰富，价格低廉、催化性能潜力巨大，已成为当今工业催化领域的研究热点。
[0004]迄今为止，有许多利用镍基催化剂去除甲醛的报道，其中多以沉积法使用镍离子来改性电极，该方法容易使得复合电极表面催化活性较低、吸附容量不够。镍基材料通过氧化态的改变在碱性条件下会形成不同的相，研究发现，氧化还原对Ni(OH)2/NiOOH的存在是甲醛在此类电极上发生电化学氧化行为的重要因素，其中β
‑
NiOOH被认为是氧化甲醛最活跃的相。可见直接以β
‑
NiOOH材料用作电极修饰材料将有效提高镍基电极对于甲醛的电催化氧化性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在解决现有技术中存在的技术问题。为此，本专利技术的第一个目的在于提出一种除甲醛催化剂，在室温下能够高效去除废水中甲醛。
[0006]本专利技术的第二个目的在于提出一种除甲醛催化剂的制备方法。
[0007]本专利技术的第三个目的在于提出一种除甲醛催化剂的应用方法，该方法可以明显增强羟基氧化镍对于甲醛的催化氧化活性。
[0008]本专利技术的技术方案：
[0009]一种改性羟基氧化镍材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]步骤一，将聚乙烯吡咯烷酮和四水合醋酸镍溶于无水乙醇中，搅拌充分混合，生成清澈的绿色溶液，待用。
[0011]步骤二，将溶液加热，在连续磁力搅拌下回流，直至生成乳绿色液体，然后使用无水乙醇离心洗涤，去除表面附着的聚乙烯吡咯烷酮。
[0012]步骤三，在空气氛围中烘干，完全干燥。
[0013]步骤四，将步骤三合成材料涂敷于电极，在碱性溶液中经循环伏安法改性。
[0014]进一步地，所述步骤一中，聚乙烯吡咯烷酮在无水乙醇中的质量浓度为0.008～0.016g/mL。四水合醋酸镍在无水乙醇中的质量浓度为0.004～0.009g/mL。
[0015]进一步地，所述步骤二中，所述加热时间为7～10小时。
[0016]进一步地，所述步骤二中，所述加热温度为60～90℃。
[0017]进一步地，所述步骤二中，所述离心洗涤5～10次。
[0018]进一步地，所述步骤三中，所述烘干温度为60～80℃。
[0019]进一步地，所述步骤三中，所述烘干时间为4～10小时。
[0020]进一步地，所述步骤四中，所述循环伏安法改性的电位扫描速率范围为50～200mV/s。
[0021]进一步地，所述步骤四中，所述循环伏安法改性的电位区间为
‑
0.5～1.5V。
[0022]进一步地，所述步骤四中，所述循环伏安法改性使用的碱性溶液为KOH或NaOH溶液，浓度为0.01～0.5mol/L。
[0023]上述方法制备得到的一种改性羟基氧化镍材料。
[0024]上述方法制备得到的一种改性羟基氧化镍材料的应用，具体为：应用于室温下电催化氧化液相中甲醛，对甲醛具有高氧化活性，提高了电极对甲醛的氧化分解性能。
[0025]相比于现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供了一种应用羟基氧化镍电催化氧化处理废水中甲醛的方法，本专利技术公开的材料制备方法简单，易于推广应用，制得的材料对甲醛具有很高的电催化氧化活性，在碱性溶液中经循环伏安法改性后，材料具有更显著的电催化氧化甲醛活性，极具推广应用价值。
附图说明
[0026]图1为实施例1所述合成材料的SEM图像。
[0027]图2为实施例1所述合成材料的XRD图谱。
[0028]图3为实施例1合成材料在0.1mol/L的KOH溶液中的连续CV响应。
[0029]图4为实施例1中空白玻碳电极、未经改性的合成材料与经电位循环法改性的合成材料涂敷于玻碳电极，在含有浓度为0.03mol/L甲醛的KOH溶液中的循环伏安曲线，KOH溶液浓度为0.1mol/L，扫描速率为50mV/s。
[0030]图5为实施例2中未经改性的合成材料与经电位循环法改性的合成材料涂敷于玻碳电极，在含有浓度为0.03mol/L甲醛的KOH溶液中的循环伏安曲线，KOH溶液浓度为0.1mol/L，扫描速率为20mV/s。
[0031]图6为实施例3中未经改性的合成材料与经电位循环法改性的合成材料涂敷于玻碳电极，在含有浓度为0.06mol/L甲醛的KOH溶液中的循环伏安曲线，KOH溶液浓度为0.1mol/L，扫描速率为20mV/s。
[0032]图7为实施例4中未经改性的合成材料与经电位循环法改性的合成材料涂敷于玻碳电极，在含有浓度为0.03mol/L甲醛的KOH溶液中的循环伏安曲线，KOH溶液浓度为0.1mol/L，扫描速率为20mV/s。
具体实施方式
[0033]为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0034]实施例的具体实施步骤如下：
[0035]实施例1
[0036]一种电催化氧化甲醛的羟基氧化镍材料的制备方法，包括以下步骤：
[0037]步骤一，室温下，将0.75g聚乙烯吡咯烷酮和0.40g四水合醋酸镍溶于50mL无水乙醇中，在100mL的圆底烧瓶中生成清澈的绿色溶液。
[0038]步骤二，溶液加热至90℃，连续磁力搅拌(搅拌速度为550rpm)下回流9小时。
[0039]步骤三，使用无水乙醇在4000rpm下离心8次，除去附着在表面的聚乙烯吡咯烷酮，然后在80℃的烘箱中于空气中完全干燥。
[0040]上述方法制备的羟基氧化镍材料，微观形貌为四方体状，羟基氧化镍材料的组成主要为β
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NiOOH。羟基氧化镍材料的微观直径d1范围为100nm≤d1≤600nm。其扫描电镜表征如图1所示。
[0041]晶体结构类似于四方氢氧化钴醋酸盐(JCPDS No.22
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性羟基氧化镍材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，将聚乙烯吡咯烷酮和四水合醋酸镍溶于无水乙醇中，搅拌充分混合，生成清澈的绿色溶液，待用；步骤二，将溶液加热，在连续磁力搅拌下回流，直至生成乳绿色液体，然后使用无水乙醇离心洗涤，去除表面附着的聚乙烯吡咯烷酮；步骤三，在空气氛围中烘干，完全干燥；步骤四，将步骤三合成材料涂敷于电极，在碱性溶液中经循环伏安法改性。2.根据权利要求1所述的一种改性羟基氧化镍材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，聚乙烯吡咯烷酮在无水乙醇中的质量浓度为0.008～0.016g/mL；四水合醋酸镍在无水乙醇中的质量浓度为0.004～0.009g/mL。3.根据权利要求1所述的一种改性羟基氧化镍材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，所述加热时间为7～10小时，加热温度为60～90℃。4.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：任雪峰，张志宏，董晓满，吴卓凡，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：