一种电催化氧化挥发性有机污染物为高价值产品耦合产氢的方法技术

本发明专利技术公开了一种电催化氧化挥发性有机污染物为高价值产品耦合产氢的方法。具体步骤包括：将挥发性有机污染物送入压缩机进行压缩，压缩后的挥发性有机污染物送入冷凝器，其中有机蒸汽从气态变成液态后，进入电催化系统进行电催化氧化过程。电催化系统采用三电极体系，包含参比电极、工作电极、对电极，恒电压区间为1.2～2.0V,电解液为0.1～2M的碱性溶液，电解结束后通过分离、萃取方法即可获得高价值产品。本发明专利技术可以彻底去除挥发性有机污染物中的有害物质，并将其转变为高利用价值的化工产品或原料，同时在阴极产生氢气，反应条件温和、不产生二次污染，具有广泛的应用前景。具有广泛的应用前景。具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种电催化氧化挥发性有机污染物为高价值产品耦合产氢的方法


[0001]本专利技术涉及一种电催化氧化挥发性有机污染物为高价值产品耦合产氢的方法，属于电催化氧化有机物转化领域。

技术介绍

[0002]挥发性有机污染物是各种碳基化学物质，在大气压力(101.325千帕)下沸点介于50℃至260℃之间。其中大部分有毒，对人体健康有害。根据有机物的化学结构，挥发性有机污染物可分为烷烃、烯烃、炔、芳烃、卤代烃、醇、醛、酮、酯和硫/氮化合物。挥发性有机污染物来自室内和室外的排放。室内挥发性有机污染物来源主要包括办公用品、保温材料、清洁产品、建筑产品和印刷材料。大多数户外挥发性有机污染物来自石化、制药、表面腐蚀和汽车排放等工业过程排放，产生甲醛和苯等剧毒和致癌性挥发性有机污染物。挥发性有机污染物还会破坏环境，是平流层臭氧损耗和光化学烟雾形成的主要原因。随着挥发性有机污染物含量的增加，对人类健康和生态环境的危害越来越大，控制环境中挥发性有机污染物的通量显得尤为重要。因此，采用合适的挥发性有机污染物去除技术是非常重要和迫切的。吸收、冷凝、膜分离、热焚烧、催化燃烧、生物过滤等技术已被广泛应用于有机污染物的控制过程。高级催化氧化技术能够将污染物完全转化为二氧化碳和水，是一种可靠和有效的技术手段，近年来受到广泛关注，极具工业化应用前景。光催化及等离子技术已经成功的应用于挥发性有机污染物的高效处理过程。专利201810241723.9由降解滤层对挥发性有机化合物进行光催化反应，产生出氧化能力非常强的游离羟基和活性氧，具有较强的光氧化还原功能，能氧化分解各类有机化合物和部分无机物，将有机污染物分解为无污染的水(H2O)和二氧化碳(CO2)，但存在在反应过程酮、醛等中间体二次污染问题。另一方面，为进一步提高挥发性有机污染物的氧化、分解和去污性能，过量紫外灯的应用则产生了大量的臭氧，对人体眼睛、呼吸道、肺部等产生侵蚀和破坏，同时也对自然环境造成污染。专利201510291120.6采用压缩后吸附罐吸附的方式处理VOCs，其技术原理主要包括蒸汽对吸附剂进行加热分解，由于蒸汽分解过程中大部分活性炭会结块，而且干燥需要额外的配套设备，因此吸附剂的选择是一个难题。并且需要额外设备进行冷凝，大大增加了成本，经济效益比较低，所以该方法无法做到高效且无损失的处理VOCs。因此，急需一种新方法既能高效率的降解挥发性有机污染物，在既不产生二氧化碳的同时进行资源回收且产生了高价值产品，又能实现设备的简便化和低成本化。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种电催化氧化挥发性有机污染物为高价值产品耦合产氢的方法，具体涉及一种新型的耦合电催化方法及其新型电极材料的制备方案，合成的高价值产品又能作为有机合成的优良原料或重要中间体，为解决当今能源问题、废气污染提供了新思路。
[0004]本专利技术的一个方面提供了一种电催化氧化挥发性有机污染物为高价值产品耦合产氢的方法。
[0005]本专利技术目的通过以下技术方案实现：
[0006]1.根据本专利技术提供一种电催化氧化挥发性有机污染物为高价值产品耦合产氢的方法，包括：采用三电极体系，工作电极、对电极、参比电极，共同构成电催化反应器。工作电极为多孔泡沫镍负载的镍铁氧化物/氢氧化物，其中金属氧化物/氢氧化物为镍铁氧化物/氢氧化物，其制备方法包括：(1)制备含有3～10mM Fe
2+
盐的双氧水反应液，其反应液的质量分数为1％～20％；(2)将厚度为0.5mm～3.0mm的泡沫金属用无水乙醇、分析纯的丙酮和去离子水各超声洗涤20min，然后浸泡在上述溶液中反应2～15min；(3)反应结束后将其取出，用去离子水将表面冲洗干净，并在60℃下烘干，制得多孔泡沫镍负载的金属氧化物/氢氧化物。参比电极为饱和甘汞电极、Hg/HgO、Ag/AgCl中的一种，对电极为铂丝、铂片、铂网或石墨碳对电极。在H型电解槽进行催化氧化，线性扫描伏安法的扫速为5mV/s。向碱性溶液中添加液态挥发性有机污染物，反应底物挥发性有机污染物的摩尔浓度为10～500mM,碱性溶液为0.1～2.0M的KOH或NaOH溶液，在恒电势电压1.2～2.0V下反应2～3h，反应过程结束后通过简单的分离即可获得高价值产品。
[0007]2.优选的，挥发性有机污染物为苯、甲苯、二甲苯、对二乙基苯、乙烯、丙烯、1，3
‑
丁二烯、氯乙烯、丁二烯、反
‑2‑
戊烯、1
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戊烯、甲烷、乙烷、丙烷、环氧乙烷、2
‑
甲基戊烷、正己烷、2
‑
甲基庚烷、1，2
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二氯乙烷、氯甲烷、丁醇、乙二醇、甲硫醇、乙硫醇、丙酮、甲乙酮中的一种；
[0008]3.优选的，工作电极中催化剂的载体厚度为0.5mm～3.0mm,大小为(1～5)cm
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(1～5)cm；
[0009]根据本专利技术，在阳极将高级氧化技术与电催化耦合，既可以将挥发性有机污染物压缩冷凝进行降解，避免了降解过程中的二次污染，又可以通过泡沫镍负载的金属氧化物/氢氧化物工作电极电催化产生羟基自由基，从而高效的将有机污染物彻底氧化为高价值产品、CO2和H2O；在阴极同时产生氢气。
[0010]本专利技术的另一个方面提供了多孔泡沫镍负载的金属氧化物/氢氧化物电极材料的合成方法。
[0011]本专利技术的优点是：1、本专利技术合成的高价值产品又能作为有机合成的优良原料或重要中间体，经济价值高；2、本专利技术将挥发性有机污染物如甲醛、苯甲醛和醇类等溶于水中减少了降解过程中的一次污染和二次污染，且不产生CO2、效率高、能耗低、操作简单；3、本专利技术实现了在阴极同时制氢，产生了新能源；4、本专利技术通过电催化耦合高级氧化技术去除危害环境的有机污染物，实现了有机废气的高效去除，为环境治理问题提供了新思路；5、本专利技术通过一步溶剂热法将目标催化剂原位生长在泡沫镍上，操作方法简单高效；6、本专利技术催化剂稳定性好，催化效果好，回收容易；7、本专利技术的材料价格低廉，易得，合成产率和纯度高，合成方法简单，实验重复性好，适用于扩大化生产的要求。
附图说明
[0012]图1是本专利技术实施例1中多孔泡沫镍负载的镍、铁氧化物/氢氧化物工作电极的EDX图像。
[0013]图2是本专利技术实施例1中多孔泡沫镍负载的镍、铁氧化物/氢氧化物工作电极的SEM图像。
[0014]图3是本专利技术实施例2中苯甲醇电催化过程的线性扫描伏安曲线。
[0015]图4是本专利技术实施例3中苯甲胺电催化过程的线性扫描伏安曲线。
[0016]图5是本专利技术实施例4中正丙醇电催化过程的线性扫描伏安曲线。
具体实施方式
[0017]下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0018]实施例1
[0019]制备含有3mM氯化铁、质量分数为5％的双氧水反应液50mL，后将厚度为1.0mm，大小为2cm
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2cm的泡沫镍用无水乙醇、分析纯的丙酮和去离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电催化氧化挥发性有机污染物为高价值产品耦合产氢的方法，其特征在于：挥发性有机污染物进入压缩机压缩后进入冷凝器，使有机蒸汽从气态变成液态，最后进入电催化系统，该系统采用三电极体系，其中参比电极为饱和甘汞电极、Hg/HgO、Ag/AgCl中的一种；工作电极为多孔泡沫镍负载的金属氧化物/氢氧化物，其中金属氧化物/氢氧化物为镍铁氧化物/氢氧化物；工作电极中多孔泡沫镍负载的金属氧化物/氢氧化物的制备方法包括如下步骤：(1)制备含有3～10mmol/L Fe
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盐的双氧水反应液，其反应液的质量分数为1％～20％，(2)将厚度为0.5mm～1.0mm的泡沫金属用无水乙醇、分析纯的丙酮和去离子水各超声洗涤20min，然后浸泡在上述溶液中反应2～15min；(3)反应结束后将其取出，用去离子水将表面冲洗干净，并在60℃下烘干，制得多孔泡沫镍负载的金属氧化物/氢氧化物；对电极为铂丝、铂片、铂网或石墨碳对电极；恒电压区间为1.2～2.0V,在阳极室和阴极室...

【专利技术属性】
技术研发人员：王长龙，赵梓伊，侯志炎，宋岷洧，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：