一种钴铁双金属氢氧化物/活性炭三维粒子电极材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开一种钴铁双金属氢氧化物/活性炭粒子电极材料及其制备方法与应用，包括如下步骤：(1)分别取六水合硝酸钴、九水合硝酸铁、氟化铵和尿素溶于水中，得到混合溶液A；(2)将混合溶液A置于反应釜中加热反应形成溶液B；(3)将装有溶液B的反应容器置于真空烘箱中反应完全，沉积的固体经研磨得到CoFe

【技术实现步骤摘要】
一种钴铁双金属氢氧化物/活性炭三维粒子电极材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于电催化
，具体涉及一种钴铁双金属氢氧化物/活性炭粒子三维粒子电极材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]随着人们生活水平的不断提高，大众对于水质健康的要求不断提升，水中微量的高毒性引起人们的高度重视。消毒副产物是水处理过程中由消毒剂与水中天然有机物、化工污染物、无机离子等反应形成的一类高毒性物质，对人体有着强烈的遗传毒性、细胞毒性和致癌性。消毒副产物可分为含碳消毒副产物和含氮消毒副产物，有研究表明，含氮消毒副产物在浓度水平上远低于含碳消毒副产物含碳消毒副产物，而在细胞毒性和基因毒性上远高于含碳消毒副产物。其中，含氮消毒副产物中三卤甲烷(THMs)、卤乙酸(HAAs)、卤代乙腈(HANs)、卤代乙酰胺(HAMs)、卤硝基甲烷(HNMs)、亚硝胺(NMs)等，特别是二氯乙腈(DCAN)、二氯乙酰胺(DCAM)等引起了广泛关注。N
‑
亚硝基吡咯烷是一种典型的含氮消毒副产物，已在管网系统中发现，其浓度高达70.5ng/L。N
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亚硝基二甲胺也是一种具有极强致癌能力的含氮消毒副产物，有研究表明其对应10
‑6水平的致癌风险浓度仅为0.7ng/L，世界各地不断有文献报道地表原水中N
‑
亚硝基二甲胺的污染情况，不仅在供水系统的进水、出水和管网水中发现N
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亚硝基二甲胺的存在。
[0003]目前，相关报道中去除含氮消毒副产物有吸附法，光降解，生物降解，吸附法，高级氧化等方法。电催化氧化技术属于高级氧化方法，能够通过调节外部电源对位于反应器内的电极施加一定的电压，使电极与有机污染物发生氧化还原反应，或电极产生具有强氧化性的物质氧化有机物。因此，电催化氧化法适用于含有机污染物的水处理领域。申请号为CN201310665223.5的专利“一种负载催化剂活性炭的三维粒子电极及其制备方法”，公开了由颗粒活性炭及负载在颗粒活性炭上的掺杂Sn和Sb元素的TiO2固溶体复合催化剂构成三维粒子电极，应用于三维电极反应器中可以高效的处理难生物降解有机废水。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种钴铁双金属氢氧化物/活性炭粒子电极的制备方法与应用，其中，钴铁双金属氢氧化物/活性炭粒子电极具有二维层板结构，结构有序、稳定、规律，板间插层可以容纳更多的有机污染物，用于电催化氧化技术中，具有更优异的电化学性能。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]本专利技术提供一种钴铁双金属氢氧化物/活性炭三维粒子电极的制备方法，包括如下步骤：
[0007](1)分别取六水合硝酸钴、九水合硝酸铁、氟化铵和尿素溶于水中，得到混合溶液A；
[0008](2)将经过步骤(1)制得混合溶液A置于反应釜中加热反应形成溶液B，取出溶液B
置于反应容器中，并将黏附于反应釜内胆的固体物质刮下倒入含有溶液B的反应容器中；
[0009](3)将装有溶液B的反应容器置于真空烘箱中反应完全，将反应容器中沉积的固体刮下，研磨得到CoFe
‑
LDH粉末；
[0010](4)将制得的CoFe
‑
LDH粉末与载体粉末按质量比10:(1～5)的比例混合得到钴铁双金属氢氧化物/活性炭复合粉末；
[0011](5)将钴铁双金属氢氧化物/活性炭复合粉末加入粘结剂溶液制备形成均匀颗粒，并充分干燥颗粒，以获得钴铁双金属氢氧化物/活性炭三维粒子电极。
[0012]进一步的，所述步骤(1)中中六水合硝酸钴、九水合硝酸铁、氟化铵和尿素的摩尔比为(0.001～0.0024):(0.001～0.004):(0.0045～0.0085):(0.01～0.025)。
[0013]进一步的，所述步骤(1)盐溶液中Co
2+
的物质的量浓度为0.0024mol/L，Fe
2+
的物质的量浓度为0.0012mol/L。
[0014]进一步的，所述步骤(2)中反应温度为100～140℃，反应时间为12～36h。
[0015]进一步的，所述步骤(3)中将反应容器置于80～110℃真空烘箱中反应24～48h。
[0016]进一步的，所述步骤(4)中载体粉末包括活性炭粉末、超导体碳粉末或乙炔黑粉末。
[0017]进一步的，所述步骤(5)中粘结剂溶液为聚乙二醇、丁苯橡胶、聚丙烯酸、氟代聚酰亚胺或聚偏二氟乙烯，粘结剂溶液的浓度为0.004～0.066g/mL。
[0018]本专利技术提供根据上述制备方法制得的钴铁双金属氢氧化物/活性炭三维粒子电极材料。
[0019]本专利技术还提供将钴铁双金属氢氧化物/活性炭三维粒子电极材料应用于催化降解含氮消毒副产物。
[0020]进一步的，钴铁双金属氢氧化物/活性炭三维粒子电极材料作为电极，石墨碳板为工作电极，无水硫酸钠电解质，组装成三维粒子电极体系，实现电催化降解含氮消毒副产物。
[0021]相较于现有技术，本专利技术具有如下有益效果：
[0022](1)本专利技术创造性的将钴铁双金属氢氧化物/活性炭三维粒子材料作为电催化降解含氮消毒副产物的粒子电极，粒子电极材料与传统的二维电极相比，接触面积更大，效率更高，具有低能耗的特点；
[0023]2、本专利技术中利用水热法制备的层状钴铁双金属氢氧化物为阴离子型二维材料，钴铁双金属氢氧化物由八面体主体层板构成，层板包含与OH
‑
八面体配位的Co
2+
离子，以及同型取代的Fe
3+
离子，Fe
3+
离子对二价金属阳离子的取代造成层板呈现正电性，因此，存在层间阴离子(硝酸根)来维持整个LDHs材料的电中性，Fe
3+
离子产生Fenton反应的同时，Co
2+
的共催化作用可以促进再生和额外产生Fe
2+
和
·
OH，进而提升
·
OH产量，而
·
OH是电催化氧化的主要物质，使得钴铁双金属氢氧化物/活性炭电极降解含氮消毒副产物具有更高的效率，经电化学实验测试，本专利技术在粒子电极为10g、电流密度为10mA/cm2、流速为3mL/min、电解质浓度为30g/L时，经过90min电解，钴铁双金属氢氧化物/活性炭电极三维流动相电催化系统对N
‑
亚硝基吡咯烷的去除率稳定在66.2％。这证明本专利技术电极具有较好的催化性能；
[0024]3、本专利技术得到的钴铁双金属氢氧化物结构有序、稳定，使得钴铁双金属氢氧化物/活性炭三维粒子电极具有较高的比表面积，暴露更多的催化活性位点，大大提高含氮消毒
副产物反应速率，同时该工艺绿色、无毒、环保，且能耗较低；消除了传统二维金属电极二次污染、能耗较高的问题。
附图说明
[0025]图1为实施例1合成条件下的钴铁双金属氢氧化物/活性炭粒子电极对亚硝基吡咯烷的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钴铁双金属氢氧化物/活性炭三维粒子电极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)分别取六水合硝酸钴、九水合硝酸铁、氟化铵和尿素溶于水中，得到混合溶液A；(2)将经过步骤(1)制得混合溶液A置于反应釜中加热反应形成溶液B，取出溶液B置于反应容器中，并将黏附于反应釜内胆的固体物质刮下倒入含有溶液B的反应容器中；(3)将装有溶液B的反应容器置于真空烘箱中反应完全，将反应容器中沉积的固体刮下，研磨得到CoFe
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LDH粉末；(4)将制得的CoFe
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LDH粉末与载体粉末按质量比10:(1～5)的比例混合得到钴铁双金属氢氧化物/活性炭复合粉末；(5)将钴铁双金属氢氧化物/活性炭复合粉末加入粘结剂溶液制备形成均匀颗粒，并充分干燥颗粒，以获得钴铁双金属氢氧化物/活性炭三维粒子电极。2.如权利要求1所述的一种钴铁双金属氢氧化物/活性炭三维粒子电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中中六水合硝酸钴、九水合硝酸铁、氟化铵和尿素的摩尔比为(0.001～0.0024):(0.001～0.004):(0.0045～0.0085):(0.01～0.025)。3.根据权利要求1所述的一种钴铁双金属氢氧化物/活性炭三维粒子电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)盐溶液中Co
2+
的物质的量浓度为0.0024...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宏宇，汪裕昌，黄文忠，蒋柱武，
申请(专利权)人：福建省建筑设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：