【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水处理，具体涉及一种以钛滤片为基底的cu-zno膜电极制备及其原位电芬顿降解水中污染物的应用方法。
技术介绍
1、随着有机化合物在工业和生活中的广泛应用，由此排放的污染物对水生环境造成严重破坏，并对人类健康构成潜在威胁。高级氧化工艺(aop)可通过产生活性氧物种，如羟基自由基，其具有较高的氧化电位(2.80v)，可无选择性的降解多数有机物。目前，应用较成熟的芬顿工艺仍存在成本、能源消耗高，复杂水质下ph控制困难，金属盐的大量使用及二次污染的瓶颈。因此，如何改进和发展一种高效、可控、广泛适用且具有较高可持续性的aop废水处理工艺，成为众多研究人员面临的问题。
2、从经济和环境的角度来看，丰富而廉价的氧气被认为是一种理想的氧化剂。基于电催化2电子氧还原合成双氧水的反应受到广泛关注，有效避免双氧水的运输、储存等安全问题。然而，电合成的双氧水被进一步活化分解产羟基的效率较低，此外，活化产生的羟基自由基容易被双氧水猝灭，严重限制了芬顿过程中有机污染物的去除效率。近年来，在电催化剂合理构筑设计理念推动下，通过促进选择性双氧水中间体的生成并调控催化剂表面上双氧水吸附能和活化能，可直接实现3电子活化氧气生成羟基的过程，提高污染物降解效率和电极稳定性。
3、高效的催化反应活性与电极结构形式密切相关，相较于平板式电极，穿透式膜电极通常具有更大的表面积，这意味着更多的活性位点可以与反应物接触，有效提高电流密度与反应速度；此外，穿透式膜电极具有更好的传质效率，其膜结构具有更高的比表面积和多孔性，这有助于更好地传递反
4、基于上述描述，如何合理地构筑直接3电子氧还原膜电极是实现原位电芬顿高效降解有机污染物的关键。
技术实现思路
1、为解决现有芬顿工艺存在的成本高、能源消耗高、复杂水质下ph控制困难、大量使用金属盐及二次污染等问题，本专利技术提供一种新型的水处理方法，本专利技术通过钛滤片为基底的cu-zno膜电极进行原位电芬顿降解水中污染物。该方法相比传统芬顿工艺具有成本低、能源消耗低、ph控制简便、减少金属盐使用及二次污染的优点。该技术有望在水处理领域得到广泛应用。
2、本专利技术所述的膜电极通过配位模板调控热解策得到。具体包括如下步骤：
3、步骤1：将厚度为1-2毫米，孔隙率为30-80微米、直径为40毫米的钛滤片置于10wt.％naoh溶液中加热清洗去除表面的油脂；再在沸腾的10wt.％草酸溶液中刻蚀1-3小时得到预处理好的钛滤片；
4、步骤2：将乙酸锌，硝酸铜按摩尔比为1:1-3:1溶解于去离子水中，超声处理得到均匀混合溶液a，将模板剂十六烷基三甲基溴化铵和明胶按照摩尔比为1:1-3:1倒入所述混合溶液a中并在40-60℃恒温下搅拌2-4小时得到混合溶液b；
5、步骤3：将混合溶液b通过气喷枪以2-5m/s流速均匀喷涂在预处理好的钛滤片基底上，钛滤片两面重复喷涂3-6次，并在60℃下干燥2小时。
6、步骤4：将涂有模板层的钛滤片置于马弗炉中在300-500℃下热解3-6小时，得到以钛滤片为基底的cu-zno膜电极。
7、所述cu-zno膜电极原位电芬顿降解有机污染物性能：该催化反应在穿透式的流通电解池中进行，cu-zno膜电极作为阴极(直径4cm)，商用的ti/ruo2电极作为阳极。在进行反应前向含有有机污染物废水中预先曝氧气，通过蠕动泵将氧饱和的有机废水以一定流速通过上述流通池，施加适当电位和电流密度。
8、其中，cu-zno在钛滤片上的负载量为0.4-1.0mg/cm2，最佳负载量为0.6mg/cm2。
9、其中，电解质选用na2so4，浓度为50mm，dif、bpa污染物浓度为20mg/l。
10、其中，工作电极施加电压为-1.0v～-2.2v vs.rhe，其中最佳工作电压为-1.4v。
11、cu-zno膜电极可实现对dif、bpa高效去除，其中最佳膜通量为700l/m2/h。
12、本专利技术的有益效果是：
13、(1)本专利技术制备的cu-zno膜电极可避免外加双氧水通过直接活化氧气高选择性产生羟基自由基，降解水中的有机污染物，显著降低能源消耗并减少二次环境污染。
14、(2)本专利技术采用穿透式膜电极结构，大大提高了表面积，增加了活性位点的数量，具有较好的传质效率，能够更好地传递反应物和产物之间的质量，提高反应活性和电流效率。
15、(3)本专利技术采用钛滤片作为基底，膜电极具有良好的耐腐蚀性和稳定性，可长时间使用而不损失活性。制备方法简单易行，成本低廉，适用于大规模生产和应用
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1.一种以钛滤片为基底的Cu-ZnO膜电极，其特征在于所述膜电极采用模版调控策略通过如下步骤依次制得的：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1)中所述的钛滤片厚度为1-2毫米，孔隙率为30-80微米，NaOH溶液及草酸溶液浓度为10wt.％，预处理时间为1-3小时。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤2)中所述前驱体盐为乙酸锌，铜盐为硝酸铜，两种盐摩尔比为1:1-3:1，所述模板剂为十六烷基三甲基溴化铵和明胶，两种模板剂摩尔比为1:1-3:1，加热搅拌温度为40-60℃，恒温下持续加热搅拌时间为2-4小时。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤3)中所述的混合溶液B气喷流速2-5m/s，重复喷涂次数3-6次，60℃下干燥2小时。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤4)中所述涂有模板层的钛滤片热解温度为300-500℃，热解时间3-6小时。
6.根据权利要求1～5任一项所述制备方法得到的Cu-ZnO膜电极应用于原位电芬顿降解水中的有机污染物，其特征在于，该催化反应在穿透
...【技术特征摘要】
1.一种以钛滤片为基底的cu-zno膜电极，其特征在于所述膜电极采用模版调控策略通过如下步骤依次制得的：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1)中所述的钛滤片厚度为1-2毫米，孔隙率为30-80微米，naoh溶液及草酸溶液浓度为10wt.％，预处理时间为1-3小时。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤2)中所述前驱体盐为乙酸锌，铜盐为硝酸铜，两种盐摩尔比为1:1-3:1，所述模板剂为十六烷基三甲基溴化铵和明胶，两种模板剂摩尔比为1:1-3:1，加热搅拌温度为40-60℃，恒温下持续加热搅拌时间为2-4小时。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤3)中所述的混合溶液...
【专利技术属性】
技术研发人员：牛连勇，
申请(专利权)人：江苏智诚达环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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