用於高濃度有機廢水處理的電催化粒子電極材料及製備工藝的製作方法

2024-04-07 23:17:05 3

用於高濃度有機廢水處理的電催化粒子電極材料及製備工藝的製作方法
【專利摘要】本發明公開了用於高濃度有機廢水處理的電催化粒子電極材料及製備工藝。將AgNO3加到異丙醇中得到溶液A，將處理後的A12O3加到溶液A中，過濾得到顆粒B和微乳液X，用乙醇洗滌後得到顆粒D；將顆粒D加到X中過濾後得到顆粒F。利用Ce(NO3)2、MnCl2、SnCl4製備溶液B1、B2、B3、B4、B5、C、D、E、F。將顆粒F依次經過溶液B1、B2、B3、B4、B5處理後得到顆粒I。將顆粒I加到溶液C中，過濾後用乙醇洗滌並乾燥得到顆粒K。將顆粒K加到溶液D中，過濾後用乙醇洗滌並乾燥得到顆粒M。將M加到溶液E中，過濾後用乙醇洗滌並乾燥得到顆粒O。將顆粒O加到溶液F中，過濾後用乙醇洗滌，乾燥並在500℃條件下焙燒4h，即得到用於高濃度有機廢水處理的電催化粒子電極材料。
【專利說明】用於高濃度有機廢水處理的電催化粒子電極材料及製備工藝
【技術領域】[0001]本發明屬於電催化氧化法處理廢水的化學修飾電極【技術領域】，特別涉及一種用於高濃度有機廢水處理的電催化粒子電極材料及製備工藝。
【背景技術】[0002]電催化氧化技術通過產生羥基自由基等強氧化性的活性基團來降解廢水中的有機汙染物，在處理高濃度、難生化降解廢水方面具有無二次汙染、成本低、適用性強、效率高等特點，其中三維電催化氧化技術，通過在二維電極的陽極和陰極之間加入具有催化活性的粒子電極，通過某種方式使填充的粒狀電極表面帶電，改善了二維電極的其有效面積小、傳質效果差、電流效率低等缺陷，適用於各種濃度的廢水，即使對汙染物濃度很低的廢水也有較好的處理效果，是目前研究較多的一種電催化氧化水處理技術。將三維電極法應用於廢水處理，其處理效果不僅與主電極性能密切相關，而且和粒子電極的性能有很大關係，因此如何提高粒子電極的催化性能成為了近年來研P的熱點。[0003]常用的粒子電極材料主要有金屬導體、金屬氧化物、鍍有金屬層的玻璃球或塑料球、石墨粒子、活性氧化鋁粒子、碳纖維材料以及活性炭顆粒等。傳統電極的電阻較大、導電率低是使得其在廢水處理中電流效率低、穩定性不夠、壽命短、電極材料成本較高，而且電極製備工藝複雜，限制了粒子電極材料的發展，所以新型粒子電極材料的研究還需要進一步加強。近些年採用浸潰-熱分解法製備負載型粒子電極受到越來越多的學者重視，但是存在著重複使用效果差、電極效率低等缺點，目前還缺少粒子電極製備工藝方面的研究。

【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種用於高濃度有機廢水處理的電催化粒子電極材料及製備工藝，所述用於高濃度有機廢水處理的電催化粒子電極材料為含MnO2中間層的負載Ag摻雜SnO2-CeO2S性氧化鋁粒子電極。其製備工藝的具體步驟如下:[0005](1)將300g粒徑為3-5mm的Y -Al2O3球用500ml去離子水洗滌，重複洗滌3次，然後放入200ml無水乙醇中浸泡10h,用500ml去離子水清洗I次後,在80°C條件下乾燥10h,得到顆粒物質A ;[0006](2)將50ml濃度為0.5mol / L的AgNO3加入150ml異丙醇中，得到溶液A ；[0007](3)將步驟(1)得到的顆粒物質A加入步驟(2)得到的溶液A中，並在搖床中搖動3h，過濾得到顆粒物質B和微乳液X，用IOOmL質量濃度為95 %的乙醇洗滌顆粒物質B，重複洗滌2次，然後在80°C條件下乾燥10h，得到顆粒物質C ；[0008](4)將步驟(3)得到的顆粒物質C置於馬弗爐中在500°C條件下焙燒4h，得到顆粒物質D ;[0009](5)將步驟(4)得到的顆粒物質D加入步驟(3)得到的微乳液X中，並在搖床中搖動3h，過濾除去液體得到顆粒物質E，用100mL質量濃度為95%的乙醇洗滌顆粒物質E，重複洗滌2次，然後在80°C條件下乾燥10h，然後置於馬弗爐中在500°C條件下焙燒4h，得到顆粒物質F ；
[0010](6)將 IOmL 濃度為 0.5mol / L 的 Ce (NO3)2 溶液和 200ml 濃度為 0.5mol / L 的MnCl2溶液加入到100ml異丙醇和IOmL濃鹽酸中，然後再加入IOmL濃度為0.5mol / L的SnCl4溶液，搖勻後分成等量5份，得到溶液B1、溶液B2、溶液B3、溶液B4、溶液B5 ；
[0011](7)將步驟(5)得到的顆粒物質F加入步驟(6)得到的溶液B1中，並在搖床中搖動3h，過濾除去液體得到顆粒物質Gl，用IOOmL質量濃度為95%的乙醇洗滌顆粒物質Gl，重複洗滌2次，然後在80°C條件下乾燥10h，得到顆粒物質H1 ；
[0012](8)將步驟(7)得到的顆粒物質H1加入步驟(6)得到的溶液B2中，並在搖床中搖動3h，過濾除去液體得到顆粒物質G2，用IOOmL質量濃度為95%的乙醇洗滌顆粒物質G2，重複洗滌2次，然後在80°C條件下乾燥10h，得到顆粒物質H2 ；
[0013](9)將步驟(8)得到的顆粒物質H2加入步驟(6)得到的溶液B3中，並在搖床中搖動3h，過濾除去液體得到顆粒物質G3，用IOOmL質量濃度為95%的乙醇洗滌顆粒物質G3，重複洗滌2次，然後在80°C條件下乾燥10h，得到顆粒物質H3 ；
[0014](10)將步驟(9)得到的顆粒物質比加入步驟(6)得到的溶液B4中，並在搖床中搖動3h，過濾除去液體得到顆粒物質G4，用IOOmL質量濃度為95%的乙醇洗滌顆粒物質G4，重複洗滌2次，然後在80°C條件下乾燥10h，得到顆粒物質H4 ；
[0015](11)將步驟(10)得到的顆粒物質H4加入步驟(6)得到的溶液B5中，並在搖床中搖動3h，過濾除去液體得到顆粒物質G5，用IOOmL質量濃度為95%的乙醇洗滌顆粒物質G5，重複洗滌2次，然後在80°C條件下乾燥10h，得到顆粒物質H5 ;將H5置於馬弗爐中在500°C條件下焙燒4h，得到顆粒物質I ;
[0016](12)將 20ml 濃度為 0.5mol / L 的 Ce (NO3)2 溶液和 70ml 濃度為 0.5mol / L 的MnCl2溶液加入到100ml異丙醇和5ml濃鹽酸中，然後再加入20ml濃度為0.5mol / L的SnCl4溶液，得到溶液C ;
[0017](13)將步驟(11)得到的顆粒物質I加入步驟(12)得到的溶液C中，並在搖床中搖動3h ;過濾除去液體得到顆粒物質J，用IOOmL質量濃度為95%的乙醇洗滌顆粒物質J，重複洗滌2次，然後在80°C條件下乾燥10h，得到顆粒物質K ；
[0018](14)將 25ml 濃度為 0.5mol / L 的 Ce (NO3)2 溶液和 25ml 濃度為 0.5mol / L 的MnCl2溶液加入到125ml異丙醇和5ml濃鹽酸中，然後再加入25ml濃度為0.5mol / L的SnCl4溶液，得到溶液D ;
[0019](15)將步驟(13)得到的顆粒物質K加入步驟(14)得到的溶液D中，並在搖床中搖動3h ;過濾除去液體得到顆粒物質L，用IOOmL質量濃度為95%的乙醇洗滌顆粒物質L，重複洗滌2次，然後在80°C條件下乾燥10h，得到顆粒物質M ；
[0020](16)將 20ml 濃度為 0.5mol / L 的 Ce (NO3)2 溶液和 IOmL 濃度為 0.5mol / L 的MnCl2溶液加入到120ml異丙醇和5ml濃鹽酸中，然後再加入50ml濃度為0.5mol / L的SnCl4溶液，得到溶液E ;
[0021](17)將步驟(15)得到的顆粒物質M加入步驟(16)得到的溶液E中，並在搖床中搖動3h ;過濾除去液體得到顆粒物質N，用IOOmL質量濃度為95%的乙醇洗滌顆粒物質N，重複洗滌2次，然後在80°C條件下乾燥10h，得到顆粒物質O ;[0022](18)將 15ml 濃度為 0.5mol / L 的 Ce(NO3)2 溶液和 5ml 濃度為 0.5mol / L 的MnCl2溶液加入到100ml異丙醇和5ml濃鹽酸中，然後再加入80ml濃度為0.5mol / L的SnCl4溶液，得到溶液F ;
[0023](19)將步驟(17)得到的顆粒物質O加入步驟(18)得到的溶液F中，並在搖床中搖動3h ;過濾除去液體得到顆粒物質P，用IOOmL質量濃度為95%的乙醇洗滌顆粒物質P，重複洗滌2次，然後在80°C條件下乾燥10h，得到顆粒物質Q，將Q置於馬弗爐中在500°C條件下焙燒4h，得到的顆粒物質即為用於高濃度有機廢水處理的電催化粒子電極材料。
[0024]本發明的有益效果是，製得的用於高濃度有機廢水處理的電催化粒子電極材料具有電流效率高、穩定性強、電極壽命長等特點。
【具體實施方式】
[0025]本發明提供一種用於高濃度有機廢水處理的電催化粒子電極材料及製備工藝，下面通過一個實例來說明其實施過程。
[0026]實施例1.
[0027]將300g粒徑為3-5mm的Y -Al2O3球用500ml去離子水洗滌，重複洗滌3次，然後放入200ml無水乙醇中浸泡10h，用500ml去離子水清洗I次後，在80°C條件下乾燥10h，得到顆粒物質A。
[0028]將50ml濃度為0.5mol / L的AgNO3加入150ml異丙醇中，得到溶液A。將顆粒物質A加入到溶液A中，並在搖床中搖動3h，過濾得到顆粒物質B和微乳液X，用IOOmL質量濃度為95%的乙醇洗滌顆粒物質B，重複洗滌2次，然後在80°C條件下乾燥10h，得到顆粒物質C ;將顆粒物質C置於馬弗爐中在500°C條件下焙燒4h，得到顆粒物質D ;將顆粒物質D加入到微乳液X中，並在搖床中搖動3h，過濾除去液體得到顆粒物質E，用IOOmL質量濃度為95%的乙醇洗滌E，重複洗滌2次，然後在80°C條件下乾燥10h，然後置於馬弗爐中在500°C條件下焙燒4h，得到顆粒物質F。
[0029]將IOmL 濃度為 0.5mol / L 的 Ce (NO3) 2 溶液和 200ml 濃度為 0.5mol / L 的 MnCl2溶液加入到100ml異丙醇和IOmL濃鹽酸中，然後再加入IOmL濃度為0.5mol / L的SnCl4溶液，搖勻後分成等量5份，得到溶液B1、溶液B2、溶液B3、溶液B4、溶液B5。
[0030]將顆粒物質F加入到溶液B1中，並在搖床中搖動3h，過濾除去液體得到顆粒物質Gl，用IOOmL質量濃度為95%的乙醇洗滌顆粒物質Gl，重複洗滌2次，然後在80°C條件下乾燥10h，得到顆粒物質H1 ;將顆粒物質H1加入到溶液B2中，並在搖床中搖動3h，過濾除去液體得到顆粒物質G2，用IOOmL質量濃度為95 %的乙醇洗滌顆粒物質G2，重複洗滌2次，然後在80°C條件下乾燥10h，得到顆粒物質H2 ;將顆粒物質H2加入到溶液B3中，並在搖床中搖動3h，過濾除去液體得到顆粒物質G3，用IOOmL質量濃度為95%的乙醇洗滌顆粒物質G3，重複洗滌2次，然後在80°C條件下乾燥10h，得到顆粒物質H3 ;將顆粒物質H3加入到溶液B4中，並在搖床中搖動3h，過濾除去液體得到顆粒物質G4，用IOOmL質量濃度為95 %的乙醇洗滌顆粒物質G4，重複洗滌2次，然後在80°C條件下乾燥10h，得到顆粒物質H4 ;將顆粒物質H4加入到溶液B5中，並在搖床中搖動3h，過濾除去液體得到顆粒物質G5，用IOOmL質量濃度為95%的乙醇洗滌顆粒物質G5，重複洗滌2次，然後在80°C條件下乾燥10h，得到顆粒物質H5 ;將H5置於馬弗爐中在500°C條件下焙燒4h，得到顆粒物質I。[0031]將20ml 濃度為 0.5mol / L 的 Ce (NO3)2 溶液和 80ml 濃度為 0.5mol / L 的 CuCl2溶液加入到120ml異丙醇和5ml濃鹽酸中，然後再加入20ml濃度為0.5mol / L的SnCl4溶液，得到溶液C。
[0032]將顆粒物質I加入到溶液C中，並在搖床中搖動3h ;過濾除去液體得到顆粒物質J，用IOOmL質量濃度為95%的乙醇洗滌顆粒物質J，重複洗滌2次，然後在80°C條件下乾燥IOh，得到顆粒物質K。
[0033]將40ml 濃度為 0.5mol / L 的 Ce (NO3)2 溶液和 40ml 濃度為 0.5mol / L 的 CuCl2溶液加入到120ml異丙醇和5ml濃鹽酸中，然後再加入40ml濃度為0.5mol / L的SnCl4溶液，得到溶液D。
[0034]將顆粒物質K加入到溶液D中，並在搖床中搖動3h ;過濾除去液體得到顆粒物質L，用IOOmL質量濃度為95%的乙醇洗滌顆粒物質L，重複洗滌2次，然後在80°C條件下乾燥IOh，得到顆粒物質M。
[0035]將45ml 濃度為 0.5mol / L 的 Ce (NO3) 2 溶液和 15ml 濃度為 0.5mol / L 的 CuCl2溶液加入到120ml異丙醇和5mL濃鹽酸中，然後再加入60ml濃度為0.5mol / L的SnCl4溶液，得到溶液E。
[0036]將顆粒物質M加入到溶液E中，並在搖床中搖動3h ;過濾除去液體得到顆粒物質N，用IOOmL質量濃度為95%的乙醇洗滌顆粒物質N，重複洗滌2次，然後在80°C條件下乾燥IOh，得到顆粒物質O。
[0037]將15ml 濃度為 0.5mol / L 的 Ce (NO3)2 溶液和 5ml 濃度為 0.5mol / L 的 CuCl2 溶液加入到120ml異丙醇和5ml濃鹽酸中，然後再加入100ml濃度為0.5mol / L的SnCl4溶液，得到溶液F。
[0038]將顆粒物質O加入到溶 液F中，並在搖床中搖動3h ;過濾除去液體得到顆粒物質P，用IOOmL質量濃度為95%的乙醇洗滌顆粒物質P，重複洗滌2次，然後在80°C條件下乾燥10h，得到顆粒物質Q，將Q置於馬弗爐中在500°C條件下焙燒4h，得到的顆粒物質即為用於高濃度有機廢水處理的電催化粒子電極材料。
[0039]下面是運用本發明方法製得的用於高濃度有機廢水處理的電催化粒子電極材料在三維電極反應器中對煤化工廢水進行了降解試驗，進一步說明本發明。
[0040]將本發明方法製得的電催化粒子電極材料裝填在三維電極反應器中，對煤化工廢水進行了降解試驗，結果表明該電極能夠高效處理焦化廢水中的C0D，當進水COD為512mg/L時，以本發明方法製得的電催化粒子電極材料為第三極，在pH為4.5，電壓為12V，處理時間為60min條件下，處理後出水中的COD降低到42mg/L，處理效率達到91.80%。
【權利要求】
1.一種用於高濃度有機廢水處理的電催化粒子電極材料的製備工藝，其特徵在於，該工藝的具體步驟如下: (1)將300g粒徑為3— 5mm的、-Al2O3球用500ml去離子水洗滌，重複洗滌3次，然後放入200ml無水乙醇中浸泡10h，用500ml去離子水清洗I次後，在80°C條件下乾燥10h，得到顆粒物質A ； (2)將50ml濃度為0.5mol / L的AgNO3加入150ml異丙醇中，得到溶液A ; (3)將步驟(1)得到的顆粒物質A加入步驟(2)得到的溶液A中，並在搖床中搖動3h，過濾得到顆粒物質B和微乳液X，用IOOmL質量濃度為95%的乙醇洗滌顆粒物質B，重複洗滌2次，然後在80°C條件下乾燥10h，得到顆粒物質C ； (4)將步驟(3)得到的顆粒物質C置於馬弗爐中在500°C條件下焙燒4h，得到顆粒物質D ； (5)將步驟(4)得到的顆粒物質D加入步驟(3)得到的微乳液X中，並在搖床中搖動3h，過濾除去液體得到顆粒物質E，用IOOmL質量濃度為95%的乙醇洗滌顆粒物質E，重複洗滌2次，然後在80°C條件下乾燥10h，然後置於馬弗爐中在500°C條件下焙燒4h，得到顆粒物質F ;
(6)將IOml 濃度為 0.5mol / L 的 Ce (NO3)2 溶液和 200ml 濃度為 0.5mol / L 的 MnCl2溶液加入到100ml異丙醇和IOmL濃鹽酸中，然後再加入IOmL濃度為0.5mol / L的SnCl4溶液，搖勻後分成等量5份，得到溶液B1、溶液B2、溶液B3、溶液B4、溶液B5 ； (7)將步驟(5)得到的顆粒物質F加入步驟(6)得到的溶液B1中，並在搖床中搖動3h，過濾除去液體得到顆粒物質Gl，用IOOmL質量濃度為95 %的乙醇洗滌顆粒物質Gl，重複洗滌2次，然後在80°C條件下乾燥10h，得到顆粒物質H1 ； (8)將步驟(7)得到的顆粒物質H1加入步驟(6)得到的溶液B2中，並在搖床中搖動3h，過濾除去液體得到顆粒物質G2，用IOOmL質量濃度為95%的乙醇洗滌顆粒物質G2，重複洗滌2次，然後在80°C條件下乾燥10h，得到顆粒物質H2 ； (9)將步驟(8)得到的顆粒物質H2加入步驟(6)得到的溶液B3中，並在搖床中搖動3h，過濾除去液體得到顆粒物質G3，用IOOmL質量濃度為95%的乙醇洗滌顆粒物質G3，重複洗滌2次，然後在80°C條件下乾燥10h，得到顆粒物質H3 ； (10)將步驟(9)得到的顆粒物質H3加入步驟(6)得到的溶液B4中，並在搖床中搖動3h，過濾除去液體得到顆粒物質G4，用IOOmL質量濃度為95%的乙醇洗滌顆粒物質G4，重複洗滌2次，然後在80°C條件下乾燥10h，得到顆粒物質H4 ； (11)將步驟(10)得到的顆粒物質H4加入步驟(6)得到的溶液B5中，並在搖床中搖動3h，過濾除去液體得到顆粒物質G5，用IOOmL質量濃度為95%的乙醇洗滌顆粒物質G5，重複洗滌2次，然後在80°C條件下乾燥10h，得到顆粒物質H5 ;將H5置於馬弗爐中在500°C條件下焙燒4h，得到顆粒物質I ;
(12)將20ml 濃度為 0.5mol / L 的 Ce (NO3)2 溶液和 70ml 濃度為 0.5mol / L 的 MnCl2溶液加入到100ml異丙醇和5ml濃鹽酸中，然後再加入20ml濃度為0.5mol / L的SnCl4溶液，得到溶液C ; (13)將步驟(11)得到的顆粒物質I加入步驟(12)得到的溶液C中，並在搖床中搖動3h ;過濾除去液體得到顆粒物質J，用IOOmL質量濃度為95%的乙醇洗滌顆粒物質J，重複洗滌2次，然後在80°C條件下乾燥10h，得到顆粒物質K ；
(14)將25ml 濃度為 0.5mol / L 的 Ce (NO3)2 溶液和 25ml 濃度為 0.5mol / L 的 MnCl2溶液加入到125ml異丙醇和5ml濃鹽酸中，然後再加入25mL濃度為0.5mol / L的SnCl4溶液，得到溶液D ; (15)將步驟(13)得到的顆粒物質K加入步驟(14)得到的溶液D中，並在搖床中搖動3h ;過濾除去液體得到顆粒物質L，用IOOmL質量濃度為95%的乙醇洗滌顆粒物質L，重複洗滌2次，然後在80°C條件下乾燥10h，得到顆粒物質M ；
(16)將20ml 濃度為 0.5mol / L 的 Ce (NO3)2 溶液和 IOml 濃度為 0.5mol / L 的 MnCl2溶液加入到120ml異丙醇和5ml濃鹽酸中，然後再加入50ml濃度為0.5mol / L的SnCl4溶液，得到溶液E ; (17)將步驟(15)得到的顆粒物質M加入步驟(16)得到的溶液E中，並在搖床中搖動3h ;過濾除去液體得到顆粒物質N，用IOOmL質量濃度為95%的乙醇洗滌顆粒物質N，重複洗滌2次，然後在80°C條件下乾燥10h，得到顆粒物質O ;
(18)將15ml 濃度為 0.5mol / L 的 Ce(NO3)2 溶液和 5ml 濃度為 0.5mol / L 的 MnCl2溶液加入到100ml異丙醇和5ml濃鹽酸中，然後再加入80ml濃度為0.5mol / L的SnCl4溶液，得到溶液F ; (19)將步驟(17)得到的顆粒物質O加入步驟(18)得到的溶液F中，並在搖床中搖動3h ;過濾除去液體得到顆粒物質P，用IOOmL質量濃度為95%的乙醇洗滌顆粒物質P，重複洗滌2次，然後在80°C條件下乾燥10h，得到顆粒物質Q，將Q置於馬弗爐中在500°C條件下焙燒4h，得到的顆粒物質即為用於`高濃度有機廢水處理的電催化粒子電極材料。
【文檔編號】C02F1/467GK103553188SQ201310525763
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月30日 優先權日:2013年10月30日
【發明者】豆俊峰, 鄭現明, 丁愛中, 許新宜 申請人:北京師範大學