一种用于污水处理的三维电催化氧化电极及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种用于污水处理的三维电催化氧化电极及其应用，包括阳极、阴极和粒子电极，所述阳极为含有锡锑中间层的钛阳极板，钛阳极板表面具有铅锑涂层，所述粒子电极填充在阳极和阴极之间；所述粒子电极包括载体和负载在载体上的金属氧化物，载体包括活性炭，金属氧化物包括稀土金属氧化物和过渡金属氧化物。所述过渡金属氧化物选自铁氧化物、铜氧化物、锰氧化物中的一种或几种的组合，稀土金属氧化物选自钆氧化物、铕氧化物、铈氧化物中的至少两种。两种。

【技术实现步骤摘要】
一种用于污水处理的三维电催化氧化电极及其应用


[0001]本专利技术属于废水处理
，具体涉及一种三维电催化氧化电极及其应用。

技术介绍

[0002]电催化氧化污水处理法作是一种高级氧化技术，具有氧化能力强、反应高效、操作简单、环境友好及占地面积小等优势，近年来受到了广泛关注，另外高盐有机废水具有较高的导电性，这一特点也为电催化氧化法处理高盐有机废水提供了有利条件。目前，三维电催化体系是一个新的发展方向，在电极板间引入了电阻率较高的粒子电极作为第三电极，在外加电场作用下，粒子因静电感应而极化，靠近主阳极的一端感应而呈负极，而粒子的另一端感应成正极，整个粒子感应成为一个独立的微电极，电解槽内增加了无数的微电极，在每个微电极表面均可发生电化学反应，大大缩短了传质距离，并大幅度增加了电解槽的面体比，另外由于粒子电极具有较高的比表面积和孔隙率，其物理吸附和电吸附的共同作用进一步提高了难降解有机物的去除率。因此，三维电催化氧化法能够在较低电流密度下提供较大的电流强度，具有有效面积大、传质效率高、电催化氧化效率高、催化效率稳定、电流效率高及时空产率高等独特的优势，因而近年来备受国内外研究者的青睐。
[0003]然而，本领域对粒子电极、阳极材料及电催化氧化工艺参数缺乏系统研究和认知，粒子电极的性能很不稳定。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提供一种用于污水处理的三维电催化氧化电极及其应用，所述三维电催化氧化电极包括阳极、阴极和粒子电极，所述阳极为含有锡锑中间层的钛阳极板，钛阳极板表面具有铅锑涂层，所述粒子电极填充在阳极和阴极之间；所述粒子电极包括载体和负载在载体上的金属氧化物，载体包括活性炭，金属氧化物包括稀土金属氧化物和过渡金属氧化物。
[0005]可选的，所述阳极为含有锡锑中间层的铅锑电极，该阳极板包括锡锑中间层和铅锑活性层，锡锑中间层是锡锑复合氧化物，铅锑涂层为铅锑复合氧化物。
[0006]可选的，所述粒子电极的载体包括粘合剂和粉状的活性炭，所述粘合剂选自高温煤焦油、沥青中的一种或两种，活性炭的粒径为300
‑
500目，具有较好的强度。
[0007]进一步可选的，所述粘合剂与活性炭的质量比为(0.1
‑
2.0):1，优选为(0.4
‑
0.5):1。
[0008]可选的，所述过渡金属氧化物选自铁氧化物、铜氧化物、锰氧化物中的一种或几种的组合，稀土金属氧化物选自钆氧化物、铕氧化物、铈氧化物中的至少两种。
[0009]进一步可选的，所述活性炭与过渡金属氧化物中的金属元素的质量比为1:(0.1
‑
0.4)。
[0010]本专利技术通过引入多种稀土金属元素进行粒子电极的掺杂改性，稀土元素以置换或间隙的方式进入晶格，形成多种类型的晶格缺陷，这些缺陷增强了缺陷的稳定性，使粒子电
极的电催化活性位点增加，催化分解出更多的羟基自由基
•
OH，显著提高了粒子电极的电催化氧化性能。同时，也使得所述粒子电极的活性组分多元化，多种过渡金属及稀土金属间的协同作用也显著提高了粒子电极的电催化氧化性能。
[0011]所述粒子电极的制备方法，包括以下步骤：（1）将活性炭用去离子水冲洗干净并浸泡，然后将活性炭干燥，得到预处理活性炭；（2）将过渡金属盐和稀土金属盐依次加入去离子水中，搅拌溶解，得到催化剂浸渍液；（3）将预处理活性炭加入到催化剂浸渍液中，在搅拌条件下进行动态浸渍，然后进行干燥处理，得到负载催化剂的粉状活性炭；（4）在负载催化剂的粉状活性炭中添加粘合剂和去离子水，去离子水的质量等于粘合剂的质量，混合均匀，再进行挤压造粒，得到预制粒子；（5）将预制粒子自然干燥至表面无水，再进行高温焙烧处理，制备得到所述粒子电极。
[0012]可选的，步骤（1）中，将活性炭用去离子水反复冲洗干净，用于除去表面杂质，加速催化剂浸渍液中金属元素的负载，再浸泡12
‑
24h，然后将清洗干净的活性炭沥干，再在100
‑
110℃下干燥12
‑
24h，得到预处理活性炭。
[0013]可选的，步骤（2）中，所述过渡金属盐选自Fe(NO3)3•
9H2O、Mn(NO3)2•
4H2O、Cu(NO3)2•
3H2O中的一种或几种的组合，稀土金属盐选自Gd(NO3)3•
6H2O、Eu(NO3)3•
6H2O、Ce(NO3)3•
6H2O中的至少两种；优选的，步骤（2）使用磁力搅拌，将过渡金属盐和稀土金属盐充分溶解，得到均匀的催化剂浸渍液。
[0014]步骤（2）的去离子水与步骤（1）的预处理活性炭的质量比为(1.0
‑
2.5):1。
[0015]进一步可选的，步骤（2）中，所述催化剂浸渍液中Fe(NO3)3•
9H2O、Mn(NO3)2•
4H2O、Cu(NO3)2•
3H2O、稀土金属硝酸盐与去离子水的质量比为(0.40
‑
0.45):(0.56
‑
0.90):(0.35
‑
0.55):(0.12
‑
0.16):1。
[0016]本专利技术将比表面积大及孔隙结构发达的粉状活性炭浸渍于催化剂浸渍液中，可负载更多的铁、锰、铜及稀土金属元素活性组分，催化活性组分负载量远高于沸石、分子筛及颗粒活性炭等粒状载体。
[0017]可选的，步骤（3）包括以下步骤：（a）将预处理活性炭加入到催化剂浸渍液中，在搅拌条件下进行动态浸渍，同时将该混合体系加热至60℃，持续动态浸渍20
‑
30min，再匀速降温至0℃，在0℃下持续动态浸渍0.5
‑
1h；（b）将该混合体系再次加热至50℃，持续动态浸渍20
‑
30min，再匀速降温至0℃，在0℃下持续动态浸渍0.5
‑
1h；（c）将该混合体系再次加热至40℃，持续动态浸渍20
‑
30min，再匀速降温至0℃，在0℃下持续动态浸渍0.5
‑
1h；（d）将该混合体系再次加热至30℃，持续动态浸渍20
‑
30min，再匀速降温至0℃，在0℃下持续动态浸渍0.5
‑
1h；
（e）将该混合体系再次加热至20℃，持续动态浸渍20
‑
30min，再匀速降温至0℃，在0℃下持续动态浸渍0.5
‑
1h；（f）将活性炭取出沥干，再进行洗涤，然后自然干燥，得到负载催化剂的粉状活性炭。
[0018]所述匀速降温可使用流动的水等冷却介质降温，降温速度为5
‑
8℃/min。所述过渡金属盐在催化剂浸渍液中的添加量大于0℃时各过渡金属盐共同溶解在去离子水中的溶解度；本专利技术使用的各种金属盐均是可溶性盐，活性炭通过动态浸渍吸附金属盐，经过上述反复加热、降温的过程，使得不同种类的金本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于污水处理的三维电催化氧化电极，其特征在于，包括阳极、阴极和粒子电极，所述阳极为含有锡锑中间层的钛阳极板，钛阳极板表面具有铅锑涂层，所述粒子电极填充在阳极和阴极之间；所述粒子电极包括载体和负载在载体上的金属氧化物，载体包括活性炭，金属氧化物包括稀土金属氧化物和过渡金属氧化物。2.根据权利要求1所述的三维电催化氧化电极，其特征在于，所述阳极为含有锡锑中间层的铅锑电极。3.根据权利要求2所述的三维电催化氧化电极，其特征在于，所述粒子电极的载体包括粉状的活性炭和粘合剂，所述粘合剂选自高温煤焦油、沥青中的一种或两种；所述粘合剂与活性炭的质量比为(0.1
‑
2.0):1。4.根据权利要求3所述的三维电催化氧化电极，其特征在于，所述过渡金属氧化物选自铁氧化物、铜氧化物、锰氧化物中的一种或几种的组合，稀土金属氧化物选自钆氧化物、铕氧化物、铈氧化物中的至少两种。5.根据权利要求4所述的三维电催化氧化电极，其特征在于，所述活性炭与过渡金属氧化物中的金属元素的质量比为1:(0.01
‑
0.15)。6.根据权利要求5所述的三维电催化氧化电极，其中所述粒子电极的制备方法，包括以下步骤：（1）将活性炭用去离子水冲洗干净并浸泡，然后将活性炭干燥，得到预处理活性炭；（2）将过渡金属盐和稀土金属盐依次加入去离子水中，搅拌溶解，得到催化剂浸渍液；（3）将预处理活性炭加入到催化剂浸渍液中，在搅拌条件下进行动态浸渍，然后进行干燥处理，得到负载催化剂的粉状活性炭；（4）在负载催化剂的粉状活性炭中添加粘合剂和去离子水，混合均匀，再进行挤压造粒，得到预制粒子；（5）将预制粒子自然干燥至表面无水，再进行高温焙烧处理，制备得到所述粒子电极。7.根据权利要求6所述的三维电催化氧化电极，其特征在于，步骤（2）中，所述过渡金属盐选自Fe(NO3)3•
9H2O、Mn(NO3)2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王程程，宋乐山，刘思，曾子玥，赵曙光，李橙，郑可卿，李倩，刘画，何超群，李得元，曹长，王俊，许大勇，陈春莲，
申请(专利权)人：深圳永清水务有限责任公司，
类型：发明
国别省市：