一种纳米涂层电极的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种纳米涂层Ti/SnO2-Sn-Ce电极的制备方法及将其用于降解水中全氟辛烷磺酸的工艺及方法，属电化学技术领域。以纳米涂层Ti/SnO2-Sn-Ce电极为阳极、Ti或304不锈钢为阴极电解氧化处理含全氟辛烷磺酸废水，其特征在于能在温和条件较快降解全氟辛烷磺酸。本发明专利技术由于采用电化学氧化法，具有工艺流程简单，操作方便，反应条件温和，处理效果良好并且稳定可靠，易于实现工业化应用。所采用的纳米涂层Ti/SnO2-Sn-Ce电极具有氧化能力强、使用寿命强、易于加工及廉价等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用纳米涂层Ti/Sn02-Sb-Ce电极降解全氟辛烷磺酸的工艺，用于消除废水中的全氟辛烷磺酸，属于电化学与环保

技术介绍
全氟辛烷磺酸(PFOS，C8F17SO3H)作为表面活性剂、防污剂、添加剂、泡沫灭火剂、高分子乳化剂和杀虫剂等，其生产和使用已经超过五十年。由于PFOS中C-F键具有高键能(116Kcal/mol)、高还原电势(Etl = 3. 6V)及弱极性(aPFOS=3.2 A),PFOS具备极强的稳定性。全氟辛烷磺酸作为全氟化合物(PFCs)在环境中的主要归宿之一，其稳定的化学性质、不易挥发以及不能被生态系统降解的特性使其广泛存在于自然水体、沉积物、动物以及人体内，严重威胁着生态环境和人体健康。近年来，各国学者研究发现PFOS在高等动物体内处于高浓度水平，其蓄积水平高于已知的有机氯浓药和二噁英等持久性有机污染物数百倍至数千倍。有关研究表明PFOS具有肝脏毒性、遗传毒性、生殖毒性、神经毒性、发育毒性及内分泌干扰等多种毒性，会影响脂肪代谢，影响后代雌雄比及延迟幼龄动物的生长发育等，被认为是一类具有全身多器脏毒性的环境污染物。目前，全球性全氟辛烷磺酸污染及其对人体健康的影响已经引起了各国政府和科学界的高度关注，2002年12月，OE⑶召开的第34次化学品委员会联合会议上将PFOS定义为“持久存在于环境、具有生物储蓄性并对人类有害的物质” ；2009年12月30日，USEPA发布了首个“化学品行动计划”，将对包括全氟辛烷磺酸在内的长链全氟化合物引起的健康和环境问题予以处理；另外，欧盟于2006年12月27日在欧洲议会和部长理事会联合发布了《关于限制全氟辛烷磺酸销售及使用的指用》。2009年5月，PFOS及基盐类连同其前体物全氟辛基酰氟被正式增式增列到《斯德哥尔摩公约》的附件B限制类，旨在限制全世界范围的生产和使用。目前，世界范围类难以找出在温和条件下有效降解并且适用于大规模应用的技术。当然存在的针对水体中PFOS降解技术，包括紫外光解、均相光催化、超声辐射、等离子 体氧化、亚临界态零价铁还原以及维生维B12还原等，虽都能取得一定效果，但都存在条件苛刻、能耗大及不适用污水处理等缺陷。因此，非常有必要开发出新的能在温和下能对PFOS进行有效降解的新技术，以应用其带来的风险。当前，现有的针对水体中全氟辛酸降解技术的相关国内专利记载仅I项，专利申请号为200510011126. X(授权公告号CN 100347137C)，名称为“一种全A氟取代化合物脱氟降解的方法”，公开了一种在185nm及172nm紫外条件下光解及光催化降解全氟辛酸或全氟辛烷磺酸盐的降解方法。至今，尚无采用电化学对水中全氟辛烷磺酸进行高效矿化净化技术的报导。
技术实现思路
本专利技术目的在于降解废水中全氟辛烷磺酸，针对现有技术的不足，提供一种能在温和条件下对水中全氟辛烷磺酸进行有效降解的新型浄化技木。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的—种纳米涂层Ti/Sn02-Sn-Ce电极的制备方法,包括步骤①Ti基体预处理首先是对Ti基体用砂纸进行打磨，去除表面氧化物，然后浸入氢氧化钠溶液中，以去除表面的油污，之后在草酸溶液中蚀刻，以获得灰色平整的表面；②锡锑铈聚合前驱溶胶制备首先在一定温度下将柠檬酸溶于こニ醇获得柠檬酸月旨，然后依次加入含锡锑铈的盐，之后在一定温度下去除水分，自然冷却后即获得含锡锑的聚合前驱体溶胶；③纳米涂层Ti/Sn02-Sb-Ce电极制备采用拉提法将制备的含锡锑的聚合前驱体溶胶覆在Ti基体上，然后在烘箱中使溶胶转为凝胶，之后转入马弗炉中焙烧，取出自然冷却清洗烘干后再重复前过程，反复重复一定次数，即制得纳米涂层Ti/Sn02-Sb-Ce电极。电化学氧化降解水中全氟辛烷磺酸以I. O 5. Og/L高氯酸钠为支持电解质配制含5 500mg/L全氟辛烧磺酸的溶液；以纳米涂层Ti/Sn02-Sb_Ce电极为阳极，以Ti或304不锈钢为阴极，采用平板床为电化学反应器；调节电流密度为2 40mA/cm2，极板间距为2mm 20mm条件下对全氟辛烷磺酸水溶液进行电化学氧化处理。经实验，在较优的条件电流密度为10 20mA/cm2，极板间距为2mm 5臟，电化学氧化降解含全氟辛烷磺酸(100mg/L)废水，可在较短时间内达到85%以上。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术提供的水中全氟辛烷磺酸降解的エ艺及方法，由于采用电化学氧化法，具有エ艺流程简单，操作方便，反应条件温和，处理效果良好并且稳定可靠，易于实现エ业化应用。所采用的纳米涂层Ti/Sn02-Sb_Ce电极具有氧化能力強、使用寿命强、易于加工及廉价等优点。附图说明图I为纳米涂层Ti/Sn02-Sb电极表面形貌。图2为电化学氧化降解全氟辛烷磺酸效果与处理时间关系图。具体实施例方式下面将结合附图对本专利技术实施例作进ー步地详细描述。本专利技术的ー种电化学氧化高效矿化水中全氟辛烷磺酸的方法，其较佳的具体实施方式包括步骤纳米涂层Ti/Sn02-Sb电极制备①首先用300目砂纸对Ti基体行打磨，然后浸入100°C的5%的氢氧化钠溶液中I 2h，取出用蒸馏水清洗，之后在10%的100°C草酸溶液中蚀刻2 3h ;②在60°C温度下，将一定量的柠檬酸溶于こニ醇中，完全溶解后恒定温度30 60min,然后加热至90°C，加入SnCl4 · 5H20、SbCl3及CeCl4,充分搅拌直至完成溶解，之后升温至100°C并恒温I 3h，自然冷却后即获得含锡锑铈的聚合前驱体溶胶，其中こニ醇柠檬酸SnCl4 · 5H20 SbCl3 CeCl4 (摩尔比)为 100 30 8 I 2 ；③采用拉提法将制备的含锡锑铈的聚合前驱体溶胶覆在Ti基体上，之后在140°C的烘箱中保持IOmin使溶胶转为凝胶，然后转入500°C马弗炉中在空气氛中焙烧20min，取出自然冷却清洗烘干后再重复前过程，反复30次，最后一次焙烧时2h并自然退火，即制得纳米涂层Ti/Sn02-Sb_Ce电极；制备的纳米涂层Ti/Sn02-Sb-Ce电极表面形貌如图I所示。从图I可知电极表面颗粒大小为100纳米左右，为纳米态且表面致密，大大増加反应活性点位。电化学氧化降解水中全氟辛烷磺酸配制含I. 4g/L高氯酸钠和100mg/L全氟辛烷磺酸的溶液。取适量溶液注入平板电解槽中，以制备的纳米涂层Ti/Sn02-Sb_Ce电极为阳极，以Ti或304不锈钢为阴极，两电极面积均为60cm2。调节极板间距至适合大小，开启电源并调节电流保持输出电流密度为10mA/cm2,室温下进行电解处理180min,间隔15 30min进行米样分析。图2为本专利技术对全氟辛烷磺酸降解效果与处理时间关系，由图2可知经ISOmin处理，在2 IOmm极板间距之间，PFOS去除率都可以大于85%。其中极板间距为2mm、5mm及IOmm 时，PFOS 去除率分别为 98. 3%、93· 5%和 86. 4%。上述对实施例的描述是为便于该
的普通技术人员能理解和应用本专利技术。任何熟悉本领域的技术人员在本专利技术揭露的技术范围内，可以轻易对本实施例做出各种修改，并把在此说明的原理应用到其它实例施而不必经过创造性劳动。因此，本专利技术不限于这里的实施例，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：牛军峰，林辉，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：