氯氧自由基氧化尿素并产氢的方法技术

一种氯氧自由基氧化尿素并产氢的方法，将TiO2修饰的WO3电极与Sb

【技术实现步骤摘要】
氯氧自由基氧化尿素并产氢的方法


[0001]本专利技术涉及的是一种光电催化领域的技术，具体是一种氯氧自由基氧化尿素并产氢的方法。

技术介绍

[0002]尿液的主要成分是尿素，尿液中的尿素是生活污水中氮污染物的主要来源，也是被忽视的氢气来源。然而，尿素分解产氢存在着选择性差和动力学缓慢的问题。为了解决这些问题，现有技术通过羟基自由基氧化尿素并产生氢气，但是尿素易被氧化为硝酸盐而非氮气；现有技术通过ClO
·
氧化尿素并产氢，但ClO
·
的产生速率较慢。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对现有氧化尿素并产氢过程中ClO
·
产生速率缓慢的问题，提出一种氯氧自由基氧化尿素并产氢的方法，基于新型电极材料和复合光阳极组装方式，通过强化氯氧自由基(ClO
·
)快速、高效地产生ClO
·
，氧化尿素为氮气并同步产氢。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0005]本专利技术涉及一种氯氧自由基氧化尿素并产氢的方法，利用TiO2修饰的WO3电极生成羟基自由基，利用Sb
‑
SnO2电极氧化氯离子生成活性氯，将TiO2修饰的WO3电极与Sb
‑
SnO2电极的催化活性面相对设置且留有3～8mm间隙以作为前置光阳极，间隙用于羟基自由基和活性氯进一步反应生成高浓度的ClO
·
，以Si PVC作为后置光阳极，由前置光阳极和后置光阳极组装得到复合光阳极；以模拟太阳光为光源、氯化钠为氯离子源、尿素溶液为底物、硫酸钠为电解质溶液、复合光阳极为阳极，镍铁氢氧化物修饰的铜纳米线泡沫铜为阴极，由Si PVC提供自偏压，构成光电化学体系，强化复合光阳极中ClO
·
的生成，促进尿素的分解并强化阴极上氢气的产生。
[0006]所述的模拟太阳光，优选光强为100mWcm
‑2。
[0007]所述的氯离子源，优选氯化钠浓度为0.05
‑
0.125mol/L。
[0008]所述的尿素溶液，优选浓度为20～35mg/L。
[0009]所述的硫酸钠为电解质溶液，优选浓度为0.05～0.1mol/L。
[0010]所述的镍铁氢氧化物修饰的铜纳米线泡沫铜，通过在泡沫铜片表面原位生长Cu(OH)2纳米线后加热得到CuO纳米线泡沫铜电极；以CuO纳米线泡沫铜电极作为阴极、Pt作为对电极，置于硫酸钠溶液中进行电还原反应得到Cu纳米线泡沫铜电极；再以Cu纳米线泡沫铜电极为阴极、Pt为对电极，置于Ni(NO3)2和FeSO4的混合溶液电沉积得到镍铁氢氧化物修饰的铜纳米线泡沫铜阴极。
[0011]所述的TiO2修饰的WO3电极，通过将四水合偏钨酸铵、浓盐酸与双氧水充分混合后转移至具有聚四氟乙烯衬里的高压釜中，以氟掺杂的氧化锡(FTO)为载体煅烧得到WO3膜，再通过氟钛酸铵和硼酸的混合水溶液水浴得到TiO2修饰的WO3电极。
[0012]所述的Sb
‑
SnO2电极，通过将四氯化锡五水合物、三氯化锑和聚乙二醇分散于异丙
醇后混合得前驱体浆液后旋涂于载体并加热得到。
[0013]所述的Sb
‑
SnO2电极，优选经多次旋涂和加热生成。技术效果
[0014]本专利技术利用前置光阳极中的TiO2修饰的WO3电极催化活性面生成羟基自由基、Sb
‑
SnO2电极催化活性面生成活性氯，并将TiO2修饰的WO3与Sb
‑
SnO2电极催化活性面正面相对安置为前置光阳极，电极面间留有一定间隙，用于间隙内生成的羟基自由基和活性氯进一步反应转化为高浓度的ClO
·
，以利于ClO
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高效氧化尿素溶液为二氧化碳和氮气；在此设计基础上，进一步将前置光阳极、后置光阳极，组装为复合光阳极，由后置光阳极提供自偏压，强化复合光阳极中ClO
·
的生成，从而获得极高浓度的ClO
·
，直接与尿素反应转化为氮气和CO2；由于采用高效析氢的镍铁氢氧化物修饰的铜纳米线泡沫铜阴极，进一步大幅提升了氢气的析出效率，同时后置光阳极提供的自偏压也强化了阴极上的产氢反应。
附图说明
[0015]图1为实施例1中复合光阳极生成ClO
·
示意图；
[0016]图2为实施例1中对照例1中光阳极生成ClO
·
示意图；
[0017]图3为实施例1与对照例1中自由基捕获结果对比；
[0018]图4为实施例1光电化学池分解尿素并产氢的结果图；
[0019]图中：a为光电化学池分解尿素过程中各含氮随时间的变化趋势；b为光电化学池分解尿素过程氢气的产量变化趋势；
[0020]图5为实施例1和对照组的不同阳极和阴极的对比图；
[0021]图中：a为不同光阳极下总氮随时间的变化趋势，其中阴极为镍铁氢氧化物修饰的铜纳米线泡沫铜阴极，光照强度为100mW cm
‑2、氯化钠浓度为0.075mol/L，硫酸钠浓度为0.075mol/L；b为不同阴极下的氢气产量，其中阳极为复合光阳极，光照强度为100mW cm
‑2、氯化钠浓度为0.075mol/L，硫酸钠浓度为0.075mol/L。
具体实施方式
实施例1
[0022]本实施例涉及一种氯氧自由基氧化尿素并产氢的方法，利用TiO2修饰的WO3电极生成羟基自由基，利用Sb
‑
SnO2电极氧化氯离子生成活性氯，将TiO2修饰的WO3电极与Sb
‑
SnO2电极的催化活性面相对设置且留有5mm间隙以作为前置光阳极，间隙用于羟基自由基和活性氯进一步反应生成高浓度的ClO
·
，以Si PVC作为后置光阳极，由前置光阳极和后置光阳极组装得到复合光阳极；以模拟太阳光100mWcm
‑2为光源、氯化钠浓度为0.075mol/L为氯离子源、尿素溶液浓度为30mg/L为底物、硫酸钠浓度为0.075mol/L为电解质溶液、复合光阳极为阳极，镍铁氢氧化物修饰的铜纳米线泡沫铜为阴极，由Si PVC提供自偏压，构成光电化学体系，强化复合光阳极中ClO
·
的生成，促进尿素的分解并强化阴极上氢气的产生。
[0023]所述的TiO2修饰的WO3电极的制备方法为：将1g四水合偏钨酸铵与93ml去离子水、3ml分析纯浓盐酸和4ml 30％双氧水混合溶液中并搅拌1小时直至完全溶解，然后将溶液转移到聚四氟乙烯衬里的高压釜中，将透光的氟掺杂的氧化锡(FTO)玻璃与聚四氟乙烯衬里壁成一定角度放置，导电侧朝下，在160℃下加热高压釜4小时，然后自然冷却，接着在500℃
下煅烧2小时，在FTO表面生成WO3膜；然后将WO3膜置于15mmol/L的氟钛酸铵和75mmol/L的硼酸的混合水溶液中，在40℃的恒温浴中6小时后并洗涤干燥，得到部分透光的TiO2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氯氧自由基氧化尿素并产氢的方法，其特征在于，利用TiO2修饰的WO3电极生成羟基自由基，利用Sb
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SnO2电极氧化氯离子生成活性氯，将TiO2修饰的WO3电极与Sb
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SnO2电极的催化活性面相对设置且留有3～8mm间隙以作为前置光阳极，间隙用于羟基自由基和活性氯进一步反应生成高浓度的ClO
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，以SiPVC作为后置光阳极，由前置光阳极和后置光阳极组装得到复合光阳极；以模拟太阳光为光源、氯化钠为氯离子源、尿素溶液为底物、硫酸钠为电解质溶液、复合光阳极为阳极，镍铁氢氧化物修饰的铜纳米线泡沫铜为阴极，由SiPVC提供自偏压，构成光电化学...

【专利技术属性】
技术研发人员：周保学，周昌辉，李金花，白晶，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：