申請日2015.09.24
公開(公告)日2015.12.02
IPC分類號C02F101/30; C02F1/461
摘要
本發(fā)明公開了一種處理有機(jī)廢水用的新型填充粒子電極材料的制備方法，將γ-Al2O3載體經(jīng)去離子水沖洗、超聲振蕩清洗、烘干預(yù)處理后，同時采用溶膠-凝膠法配制含Ce、Sb、Sn等金屬離子的浸漬液，通過浸漬-熱分解法制備出新型Sn-Ce-Sb/γ-Al2O3復(fù)合氧化物填充粒子電極。本發(fā)明通過Ce、Sb的摻雜，改善了粒子電極表面結(jié)構(gòu)，提高了粒子電極催化氧化性能和穩(wěn)定性，提供的粒子電極可有效降解有機(jī)物，處理效果好，具有很好的應(yīng)用價值。
摘要附圖
權(quán)利要求書
1.一種處理有機(jī)廢水用的新型填充粒子電極材料的制備方法，其特征在于： 所述處理有機(jī)廢水用的新型填充粒子電極材料以γ-Al2O3作為載體，γ-Al2O3載 體經(jīng)去離子水沖洗、超聲振蕩清洗、烘干預(yù)處理后備用，同時采用溶膠-凝膠法 配制含Ce、Sb、Sn等金屬離子的浸漬液，將預(yù)處理過的γ-Al2O3載體通過浸漬、 烘干、焙燒等工序，熱解法在載體表面形成Sn、Ce、Sb復(fù)合氧化物活性層，從 而制備出新型Sn-Ce-Sb/γ-Al2O3復(fù)合氧化物填充粒子電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理有機(jī)廢水用的新型填充粒子電極材料的制備 方法，其特征在于：所述方法具體包括如下步驟：
步驟(1)γ-Al2O3選用及預(yù)處理
選用γ-Al2O3作為填充粒子電極載體，其外形為球形顆粒，粒徑范圍為 3-5mm，比表面積≥300m2/g，孔容≥0.4ml/g，強(qiáng)度≥80N/顆，堆積密度≥0.7Kg/L， 用去離子水反復(fù)沖洗，洗去顆粒表面及孔道內(nèi)較多的雜質(zhì)后，放入超聲清洗器 內(nèi)，振蕩洗滌10-30min，濾去水分后在105℃的烘箱中烘干2-4h，烘干后的載 體密封保存?zhèn)溆?
步驟(2)浸漬液配制
采用溶膠-凝膠法，按0.5mol/L鹽酸與乙醇溶液體積比1:5配制適量溶液， 將SnC14·5H2O和SbCl3按9:1摩爾比溶于溶液中，控制金屬離子總濃度為1.1 mol/L，然后按Sn/Ce摩爾比5-15:1加入Ce(NO3)3·6H2O，攪拌混合制成浸漬液;
步驟(3)Sn-Ce-Sb/γ-Al2O3制備
將預(yù)處理過的γ-Al2O3載體和浸漬液按1g:1-3ml的比例混合，并在搖床中 搖動1-2h，然后過濾，在100-105℃烘干1h，再至于馬弗爐中500-550℃下焙 燒2-4h，重復(fù)上述操作3-5次，其中最后一次焙燒4-6h，在空氣中冷卻后即制 成Sn-Ce-Sb/γ-Al2O3復(fù)合氧化物填充粒子電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2任一項所述的一種處理有機(jī)廢水用的新型填充粒子電 極材料的制備方法制備得到的Sn-Ce-Sb/γ-Al2O3復(fù)合氧化物填充粒子電極。
4.如權(quán)利要求3所述的Sn-Ce-Sb/γ-Al2O3復(fù)合氧化物填充粒子電極在常 溫常壓下降解處理酸性橙II的應(yīng)用。
說明書
處理有機(jī)廢水用的新型填充粒子電極材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于環(huán)保廢水處理領(lǐng)域，具體涉及一種處理有機(jī)廢水用的新型填充粒 子電極材料及其制備方法。
背景技術(shù)
電化學(xué)水處理技術(shù)因在處理有機(jī)廢水中具有不消耗或很少消耗化學(xué)試劑、 不會帶來二次污染、操作容易、幾乎能礦化所有有機(jī)物的優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于 難降解有機(jī)物處理。傳統(tǒng)的電解反應(yīng)器采用的是二維平板電極，這種反應(yīng)器電 極面體比較小，傳質(zhì)問題不能很好的解決。填充床電化學(xué)反應(yīng)器是在傳統(tǒng)二維 平板電極填充粒子電極，在直流電場的作用下，填料粒子由靜電感應(yīng)而極化， 靠近陽極的一端感應(yīng)為負(fù)極，而粒子的另一端感應(yīng)為正極，每個粒子均形成微 型電解槽，這大幅度的提升了污染物與陽極接觸并發(fā)生氧化的機(jī)會，增大了電 極比表面積，相當(dāng)于傳統(tǒng)二維電解槽的幾十倍甚至上百倍，使電解效率大大提 高，因而越來越受到人們的重視。
填充粒子電極是電化學(xué)反應(yīng)器提高時空產(chǎn)率的重要影響因子，高催化性能 的粒子電極可有效提高反應(yīng)效率并能大幅度拓展有機(jī)物氧化陽極面積，采用這 種粒子電極作為填料對填充床電化學(xué)反應(yīng)器的設(shè)備小型化可起到重要作用，故 制備高性能負(fù)載納米級別催化半導(dǎo)體物質(zhì)粒子電極具有極大的工程價值。目前， 報道的填充粒子電極以碳素類、金屬氧化物類、廢礦物類、負(fù)載型金屬氧化物 類材料為主。其中，負(fù)載型金屬氧化物粒子電極因表現(xiàn)出優(yōu)越的催化性能和較 強(qiáng)的選擇性，而被廣大研究者關(guān)注并進(jìn)行了有益的嘗試。負(fù)載的金屬氧化物主 要包括Fe、Co、Ni、Mn、Cu、Pb、Ce、Sn、Sb等單組分或多組分氧化物，載體 主要有活性炭、陶土、瓷環(huán)、高嶺土、陶瓷、γ-Al2O3等。γ型氧化鋁(γ-Al2O3) 是一種多孔性物質(zhì)，每克的內(nèi)表面積高達(dá)數(shù)百平方米，耐壓性好，呈現(xiàn)多孔性、 硬度高、尺寸穩(wěn)定性好等特點，廣泛用作催化劑載體。近年來，以γ-Al2O3作為 粒子電極載體，考察不同金屬氧化物負(fù)載后的電催化活性逐漸引起研究者們的 重視。
有研究者以γ-Al2O3為載體，制備了Cu/γ-Al2O3、Fe/γ-Al2O3、Zn/γ-Al2O3、 Mn/γ-Al2O3、Ni/γ-Al2O3、Ce/γ-Al2O3、Co/γ-Al2O3、Sn/γ-Al2O3等單組分粒 子電極，以苯酚為降解對象，結(jié)果表明Mn、Sn氧化物負(fù)載的粒子電極均表現(xiàn)出 了較高的催化活性，但Mn的溶出比較嚴(yán)重，電極穩(wěn)定性不高�；诖耍挚疾� 了Mn/Sn摻雜比對Mn-Sn-Sb/γ-Al2O3電極催化性能和穩(wěn)定性的影響，制備出了 較高催化性能和穩(wěn)定性的Mn-Sn-Sb/γ-Al2O3粒子電極。同時，還有研究者研制 了CuO-CeO2/γ-Al2O3粒子電極，與活性炭混合填充于反應(yīng)器中，研究表明該電 極對垃圾滲濾液顯示了良好的電催化活性和穩(wěn)定性。說明了Ce、Sn等元素金屬 氧化物負(fù)載于γ-Al2O3載體可制備電催化活性和穩(wěn)定性較好的填充粒子電極。
本發(fā)明研究一種處理有機(jī)廢水用的新型填充粒子電極材料及其制備方法， 所制備的電極性能優(yōu)越。
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的：為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種處理有機(jī)廢水用 的新型填充粒子電極材料及其制備方法，通過該法提高填充粒子電極的電催化 氧化性能和穩(wěn)定性。
技術(shù)方案：一種處理有機(jī)廢水用的新型填充粒子電極材料的制備方法，所 述新型填充粒子電極材料以γ-Al2O3作為載體，γ-Al2O3載體經(jīng)去離子水沖洗、 超聲振蕩清洗、烘干預(yù)處理后備用，同時采用溶膠-凝膠法配制含Ce、Sb、Sn 等金屬離子的浸漬液，將預(yù)處理過的γ-Al2O3載體通過浸漬、烘干、焙燒等工序， 熱解法在載體表面形成Sn、Ce、Sb復(fù)合氧化物活性層，從而制備出新型 Sn-Ce-Sb/γ-Al2O3復(fù)合氧化物填充粒子電極。
所述方法包括以下具體步驟：
(1)γ-Al2O3選用及預(yù)處理
選用γ-Al2O3作為填充粒子電極載體，其外形為球形顆粒，粒徑范圍為 3-5mm，比表面積≥300m2/g，孔容≥0.4ml/g，強(qiáng)度≥80N/顆，堆積密度≥0.7Kg/L， 用去離子水反復(fù)沖洗，洗去顆粒表面及孔道內(nèi)較多的雜質(zhì)后，放入超聲清洗器 內(nèi)，振蕩洗滌10-30min，濾去水分后在105℃的烘箱中烘干2-4h，烘干后的載 體密封保存?zhèn)溆?
(2)浸漬液配制
采用溶膠-凝膠法，按0.5mol/L鹽酸與乙醇溶液體積比1:5配制適量溶液， 將SnC14·5H2O和SbCl3按9:1摩爾比溶于溶液中，控制金屬離子總濃度為1.1 mol/L，然后按Sn/Ce摩爾比5-15:1加入Ce(NO3)3·6H2O，攪拌混合制成浸漬液;
(3)Sn-Ce-Sb/γ-Al2O3制備
將預(yù)處理過的γ-Al2O3載體和浸漬液按1g:1-3ml的比例混合，并在搖床中 搖動1-2h，然后過濾，在100-105℃烘干1h，再至于馬弗爐中500-550℃下焙 燒2-4h，重復(fù)上述操作3-5次，其中最后一次焙燒4-6h，在空氣中冷卻后即制 成Sn-Ce-Sb/γ-Al2O3復(fù)合氧化物填充粒子電極。
所述的一種處理有機(jī)廢水用的新型填充粒子電極材料及其制備方法制備得 到Sn-Ce-Sb/γ-Al2O3復(fù)合氧化物填充粒子電極。
所述的Sn-Ce-Sb/γ-Al2O3復(fù)合氧化物填充粒子電極在常溫常壓下降解處理 酸性橙II的應(yīng)用。
有益效果：按照本發(fā)明方法制得的Sn-Ce-Sb/γ-Al2O3復(fù)合氧化物填充粒子 電極，相比于未摻雜Ce、Sb的Sn/γ-Al2O3單組分氧化物填充粒子電極，Ce、Sb 摻雜在粒子電極表面形成了粒徑更小的晶體結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)粗糙狀，基體表面被均 勻覆蓋，有利于活性物質(zhì)與基體表面的緊密結(jié)合，同時形成的更大的比表面積， 有利于活性物質(zhì)與有機(jī)物的接觸和反應(yīng)。降解結(jié)果表明，Sn-Ce-Sb/γ-Al2O3復(fù) 合氧化物填充粒子電極對AOII表現(xiàn)出了很好的催化活性，同時表現(xiàn)出很強(qiáng)的礦 化能力。通過5次均采用3h反應(yīng)時間的重復(fù)連續(xù)實驗表明，Sn-Ce-Sb/γ-Al2O3粒子電極的穩(wěn)定性較好，使用5次后，TOC去除率仍然保持在80%以上，且每次 降低幅度約為1%左右，相比于前述Sn/γ-Al2O3粒子電極，表現(xiàn)出了更好的穩(wěn)定 性。
綜上，本發(fā)明制備的Sn-Ce-Sb/γ-Al2O3復(fù)合氧化物填充粒子電極，電催化 性能好，使用壽命長，易于制備，具有較強(qiáng)的實用性，具有廣闊的市場前景。
