一种3D电催化耦合过硫酸盐高级氧化体系及应用制造技术

本发明专利技术提供了一种3D电催化耦合过硫酸盐高级氧化体系，首先合成Cu0QDs

【技术实现步骤摘要】
一种3D电催化耦合过硫酸盐高级氧化体系及应用


[0001]本专利技术属于污染物降解
，具体涉及一种3D电催化耦合过硫酸盐高级氧化体系及应用。

技术介绍

[0002]非甾体抗炎药是通过抑制引起炎症的酶来减少肿胀的止痛药，双氯芬酸(DCF)是最常用的非甾体类药物之一。未完全代谢的DCF及其结合物通过排泄直接进入污水处理厂，但DCF很难通过传统污水处理技术完全去除。因此，DCF已经成为水环境中最常被检测出的药物之一，并且其检出频率和浓度均在不断增加，对水生生物和人类造成细胞毒性和生物累积。
[0003]近年来，三维(3D)电化学反应器受到了越来越多的关注，有研究报告称，粒子电极也可被用作过硫酸盐的活化剂，用于污染物降解的电化学催化过程，证明了3D电催化和过硫酸盐高级氧化耦合体系的优越性能。
[0004]基于此，本专利技术通过溶剂热和高温碳化方法成功合成了Cu0QDs
‑
CoO@NC多层核壳纳米催化剂，它对PS具有良好的活化作用，将该催化剂和PS引入传统的2D电化学反应器，构建具有强烈协同催化效应的3D电催化耦合过硫酸盐高级氧化体系(ECO/Cu0QDs
‑
CoO@NC/PS)。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种3D电催化耦合过硫酸盐高级氧化体系及应用，该反应体系将Cu0QDs
‑
CoO@NC多层核壳纳米催化剂和过硫酸盐引入传统的2D电化学反应器，构建具有强烈协同催化效应的3D电催化耦合过硫酸盐高级氧化体系(ECO/Cu0QDs
‑
CoO@NC/PS)，用于非甾体类药物双氯芬酸的降解，结合自由基和非自由基的途径去除污染物可以有效提高过硫酸盐的利用率和污染物双氯芬酸去除率。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种3D电催化耦合过硫酸盐高级氧化体系的构建方法，该方法包括以下步骤：
[0007]S1、将六水合硝酸铜、六水合硝酸钴、甘油和异丙醇混合后，在室温下搅拌20min，然后超声10min，得到混合物；
[0008]S2、将S1得到的混合物转移到水热反应釜中，190℃下反应12h，然后将产物用无水乙醇洗涤、过滤，所得沉淀物质在60℃下干燥12h，得到黑色固体粉末；
[0009]S3、将S2得到的黑色固体粉末置于管式炉中，在H2/N2气氛下350℃煅烧3h，得到Cu0QDs
‑
CoO@NC多层核壳纳米催化剂；
[0010]S4、利用S3中得到的Cu0QDs
‑
CoO@NC多层核壳纳米催化剂构建3D电催化耦合过硫酸盐高级氧化体系，包括以下步骤：
[0011]以Ti4O7电极为阳极，Ti板为阴极，极板间距为1cm；反应器内加入支持电解质，然后再加入过硫酸盐和Cu0QDs
‑
CoO@NC多层核壳纳米催化剂，得到3D电催化耦合过硫酸盐高级
氧化体系，命名为ECO/Cu0QDs
‑
CoO@NC/PS。
[0012]优选地，S1所述六水合硝酸铜和六水合硝酸钴的摩尔比为1:1；所述甘油和异丙醇的体积比为15:105。
[0013]优选地，S3所述Cu0QDs
‑
CoO@NC多层核壳纳米催化剂的平均孔径为10nm～20nm。
[0014]优选地，S4所述支持电解质为40mM的Na2SO4溶液。
[0015]优选地，S4所述Ti4O7电极的制备方法为：在放电等离子烧结系统内，将Ti4O7粉末装入石墨模具中，然后抽真空至气压为25Pa，进行烧结，烧结过程中压力保持在5MPa，烧结结束后，将设备在真空下冷却至烧结炉内温度低于30℃，得到圆形片状Ti4O7电极；
[0016]优选地，所述烧结过程的升温程序为：先以115℃/min的速率从室温升至600℃，再以50℃/min的速率升至1000℃，然后以25℃/min的速率升至1100℃，保温10min；
[0017]优选地，所述Ti4O7电极的直径为2cm，厚度为2mm。
[0018]本专利技术还提供了一种上述构建方法构建的3D电催化耦合过硫酸盐高级氧化体系的应用，所述3D电催化耦合过硫酸盐高级氧化体系用于非甾体类药物双氯芬酸的降解。
[0019]所述3D电催化耦合过硫酸盐高级氧化体系降解非甾体类药物双氯芬酸的方法为：
[0020]将非甾体类药物双氯芬酸加入到所述的3D电催化耦合过硫酸盐高级氧化体系的电解液中，用磁棒进行搅拌，然后通电降解，降解过程中取样，用质量分数为99.9％的HPLC分析级甲醇淬灭反应，过滤，测定双氯芬酸的浓度，计算双氯芬酸去除率；
[0021]优选地，所述非甾体类药物双氯芬酸的初始浓度为20mg/L；
[0022]优选地，所述磁棒的搅拌速度为500rpm；
[0023]优选地，所述双氯芬酸的去除率大于90％。
[0024]本专利技术中，3D电催化耦合过硫酸盐高级氧化体系降解污染物的反应机理包括：过硫酸盐能够在M
n+
/M
(n+1)+
的氧化还原循环反应中被激活(式1
‑
2)，生成SO4·
‑
和
·
OH。当电解液流过阴极时，将高价态离子M
(n+1)+
还原为低价态离子M
n+
，此外，电化学体系中原位产生的H2O2可用作还原剂与M
(n+1)+
反应生成M
n+
，同时H2O2生成HO2·
(式3
‑
5)；另一方面，高析氧电位阳极能够将生成的SO
42
‑
转化为SO4·
‑
和S2O
82
‑
(式6
‑
7)，形成一个S2O
82
‑
→
SO
42
‑
→
S2O
82
‑
的氧化还原循环过程，不断释放SO4·
‑
降解污染物，提高S2O
82
‑
的利用率；此外，体系中产生的H2O2生成HO2·
后，HO2·
继续分解产生O2·
–
，O2·
–
是单线态氧1O2的主要来源(式8
‑
11)，以1O2为主的非自由基降解途径具有很强的抗干扰性，可以降低复杂水性基质中有机/无机化合物的影响。以SO4·
‑
、
·
OH和O2·
–
为主的自由基途径和以1O2为主的非自由基途径相结合，共同降解污染物。
[0025]M
n+
+S2O
82
‑
→
M
(n+1)+
+SO4·
‑
+SO
42
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D电催化耦合过硫酸盐高级氧化体系的构建方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1、将六水合硝酸铜、六水合硝酸钴、甘油和异丙醇混合后，在室温下搅拌20min，然后超声10min，得到混合物；S2、将S1得到的混合物转移到水热反应釜中，190℃下反应12h，然后将产物用无水乙醇洗涤、过滤，所得沉淀物质在60℃下干燥12h，得到黑色固体粉末；S3、将S2得到的黑色固体粉末置于管式炉中，在H2/N2气氛下350℃煅烧3h，得到Cu0QDs
‑
CoO@NC多层核壳纳米催化剂；S4、利用S3中得到的Cu0QDs
‑
CoO@NC多层核壳纳米催化剂构建3D电催化耦合过硫酸盐高级氧化体系，包括以下步骤：以Ti4O7电极为阳极，Ti板为阴极，极板间距为1cm；反应器内加入支持电解质，然后再加入过硫酸盐和Cu0QDs
‑
CoO@NC多层核壳纳米催化剂，得到3D电催化耦合过硫酸盐高级氧化体系，命名为ECO/Cu0QDs
‑
CoO@NC/PS。2.根据权利要求1所述的一种3D电催化耦合过硫酸盐高级氧化体系的构建方法，其特征在于，S1所述六水合硝酸铜和六水合硝酸钴的摩尔比为1:1；所述甘油和异丙醇的体积比为15:105。3.根据权利要求1所述的一种3D电催化耦合过硫酸盐高级氧化体系的构建方法，其特征在于，S3所述Cu0QDs
‑
CoO@NC多层核壳纳米催化剂的平均孔径为10nm～20nm。4.根据权利要求1所述的一种3D电催化耦合过硫酸盐高级氧化体系的构建方法，其特征在于，S4...

【专利技术属性】
技术研发人员：卓琼芳，孟翠琳，王安祺，牛军峰，刘星鑫，杨泽洪，郭淑婷，邱永福，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：