《一种阴阳两极协同降解硝基苯类污染物的“三明治”型膜电极系统及方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种阴阳两极协同降解硝基苯类污染物的“三明治”型膜电极系统及方法.pdf（7页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、10申请公布号CN104211139A43申请公布日20141217CN104211139A21申请号201310213119222申请日20130531C02F1/461200601C02F101/3820060171申请人南开大学地址300071天津市南开区卫津路94号72发明人高冠道张秀丽郝振威54发明名称一种阴阳两极协同降解硝基苯类污染物的“三明治”型膜电极系统及方法57摘要本发明涉及一种基于碳纳米管制各“三明治”型膜电极系统，并通过阴极膜电极还原难降解的硝基苯类污染物，生成易降解的苯胺类中间产物；然后该中间产物进入阳极膜电极被氧化去除，实现了阴阳两极协同降解硝基苯类污染物。本发明通过。
2、预处理焙烧酸化等纯化及活化碳纳米管，然后通过抽滤制得碳纳米管膜，并将碳纳米管膜PVDF或者PTFE或者PES碳纳米管膜通过压力机压制在一起，形成包括阴阳两极及其隔膜的“三明治”型结构。将此组合膜装配于板框过滤上，并连接电源，待处理的硝基苯类废水通过泵打入此系统，并依次通过阴极和阳极膜。硝基苯类污染物先被还原为已被氧化的中间产物，然后再被进一步氧化去除。51INTCL权利要求书1页说明书3页附图2页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图2页10申请公布号CN104211139ACN104211139A1/1页21一种涉及碳纳米管制备“三明治”型膜电极系统的方。
3、法，并通过阴阳两极协同处理硝基苯类有机污染物的技术。其特征如下本发明通过预处理焙烧酸化等纯化和活化碳纳米管，制备一种基于碳纳米管的电催化膜，膜整体厚度约10150M，碳纳米管间的孔隙为50100NM，比表面积约100800M2/G；并将一张上述碳纳米管膜与PVDF或者PTFE或者PES及另一张碳纳米管膜通过压力机压制在一起，形成一体化的包括阴阳两极及其隔膜的“三明治”型组合膜电极有时为保护碳纳米管膜，上下两侧的碳纳米管膜上再各加一层有机导电膜，这样的系统就共含有5层膜。待处理的硝基苯类废水通过泵打入此系统，并依次通过阴极和阳极膜，阴极还原难降解的硝基苯类污染物，生成易降解的苯胺类中间产物，阳极。
4、膜电极进一步氧化去除苯胺，实现了阴阳两极协同降解硝基苯类污染物。2根据权利要求1所述，其预处理特征包括焙烧和酸化工艺，碳纳米管为多壁碳纳米管，外管径介于1035NM，灰分含量介于25。3根据权利要求1所述，碳纳米管膜的特征包括密度约为058MG/CM2，厚度约10150M，碳纳米管间的孔隙为50100NM，比表面积约100800M2/G。4根据权利要求1所述，阴阳两极间的隔膜为PVDF或者PTFE或者PES膜。5根据权利要求1所述，“三明治”型电极的特征为，按碳纳米管膜上/隔膜/碳纳米管膜下的顺序压制，压力为0230吨，温度080。6根据权利要求1所述，碳纳米管膜外的保护膜的特征为，属有机导电。
5、膜，孔径01100M孔的，且属于亲水性膜，对水接触角为5579。7根据权利要求1所述，“三明治”型膜电极的应用特征包括将“三明治”型膜电极装配在板框过滤的装置上，进水端作为阴极，出水端作为阳极，操作电压介于15V45V。权利要求书CN104211139A1/3页3一种阴阳两极协同降解硝基苯类污染物的“三明治”型膜电极系统及方法技术领域0001本发明涉及一种基于碳纳米管制备“三明治”型膜电极系统，并通过阴极膜还原难降解的硝基苯类污染物，生成易降解的苯胺类中间产物；然后该中间产物进入阳极膜电极进一步被氧化去除，实现了阴阳两极协同降解硝基苯类污染物。背景技术0002硝基苯NB是淡黄色油状液体，有苦杏。
6、仁味，也被称为密斑油。属于剧毒品，具有致畸、致癌和致突变三致作用，人体吸入、食入或经皮吸收硝基苯后，主要会引起高铁血红蛋白血症，可引起溶血及肝损坏。硝基苯具有难降解性和环境积累趋势，严重威胁人类和其他生物的健康，所以硝基苯已经被列入“环境优先控制有毒有机污染物”名单。而硝基苯是一种重要的化工原料，被广泛应用于燃料、药物及有机溶剂的生产等领域，所以大量的工业废水中都含有硝基苯，对含有硝基苯的废水的处理成为了研究热点。0003我国对硝基苯类化合物在废水排放标准中的浓度有较严的要求，污水综合排放标准GB89781996一级排放要求硝基苯类质量浓度2MG/L。目前国内一般采用臭氧等化学氧化法、活性炭吸。
7、附、萃取等物理方法、传统的生化法或其他高级氧化技术处理硝基苯废水。而近年来利用电、磁、光和声等物理、化学过程产生大量自由基的电化学氧化技术处理有机废水，特别是难于生物降解的持久性有机污染物POPS，已越来越受到人们的关注。0004电催化降解有机污染物已有几十年的发展历程，其不需外加化学氧化剂、无二次污染、设备简单、可控性好及可在常温常压下运行等，因此在污水处理领域备受关注。但是硝基苯中的硝基是吸电子基团，使得苯环上的电子云密度大大下降，导致其稳定性极强，使得氧化电位28V的羟基自由基都很难与硝基苯发生亲电取代反应使其氧化降解。而有研究利用铁碳微电解技术产生的新生态的H和FE2的还原性，将废水中。
8、硝基类化合物还原成氨基类化合物。氨基是给电子基团，可使苯环上的电子云密度大大升高，利于被进一步氧化，使之开环断链，达到矿化的目的。这提示我们，在纯电化学系统中，若使硝基苯类废水首先通过阴极反应还原为苯胺类中间产物，进而该类中间产物再进入阳极进行深度氧化，有可能达到高效地去除硝基苯类污染物的目的。发明内容0005碳纳米管CNT作为一种具有高强度、大比表面积、优良的力学性能、良好的导电能力及电化学活性的新型材料，自上世纪九十年代被发现以来，其巨大的潜在应用价值得到了广泛的关注。仅2011年，全球发表与碳纳米管相关的文章24000余篇，授权专利2000余例，有关它的应用及理论研究主要集中在复合材料、。
9、特性吸附分离材料、催化剂载体、氢气存储、电池、超级电容器、电子器件、传感器和显微镜探头等领域，并己取得许多重要进展。而将碳纳米管经过适当的调控和功能化，作为新型电极应用于电解有机废水中，将有可说明书CN104211139A2/3页4能呈现出不同的电化学性能，自1991年发现碳纳米管之后不久，即有以碳纳米管为电极降解有机废水的报道。0006本发明通过预处理焙烧酸化等手段纯化和活化碳纳米管，制备一种基于碳纳米管的电催化膜，膜整体厚度约10150M，碳纳米管间的孔隙为50100NM，比表面积约100800M2/G；并将一张上述碳纳米管膜与PVDF或者PTFE或者PES及另一张碳纳米管膜共3层膜通过压。
10、力机压制在一起，形成一体化的包括阴阳两极及其隔膜的“三明治”型组合电极。有时为保护碳纳米管膜，上下两侧的碳纳米管膜上再各加一层有机导电膜，这样的系统就共有5层膜见说明书附图1及2。将此膜装配于板框过滤上，并连接电源，待处理的硝基苯类废水通过泵打入此系统，并依次通过阴极和阳极膜，实现阴极还原阳极持续深度氧化的协同处理系统，高效地处理难降解的硝基苯类污染物。附图说明0007图1及2五层组合膜电极，包括阴阳两极和作为隔膜的PTFE膜。膜整体厚度约250M，碳纳米管间的孔隙为50100NM，比表面积约100800M2/G。0008图3五层组合膜工作示意图，待处理的硝基苯类废水通过泵打入此系统，并依次通。
11、过阴极和阳极膜。硝基苯类污染物先被还原为宜降解的苯胺，然后再被氧化去除，实现了阴阳两极高效协同处理硝基苯类废水。0009图4阳极单独氧化硝基苯或者苯胺的效果，从图中可以看出硝基苯很难氧化，而苯胺很容易氧化。0010图5阴极还原硝基苯的效果，从图中可以看出硝基苯尽管不易氧化，但易被还原为苯胺，而苯胺易被进一步氧化。具体实施方式0011实施示例10012选5G外径为17NM的多壁碳纳米管放入管式炉中，从室温开始，以5/MIN的速度程序升温至400，并在400下持续煅烧60MIN，然后自然冷却到室温；然后取1G放入含有500ML37的盐酸烧瓶中，70下回流24H回流24H，样品冷却至室温，然后经真空。
12、抽滤将酸化后的碳纳米管抽滤到孔径为5M的PTFE膜上，然后用去离子水清洗抽滤，直到滤后出水PH近中性为止；取15MG酸化后的碳纳米管经超声分散在DMSO中，然后通过真空抽滤将碳纳米管涂覆在PTFE等滤膜上，接着依次用无水乙醇、无水乙醇水V/V11、去离子水淋洗抽滤，取出后，在一定的压力下压制15MIN，最终得到制备好的碳纳米管膜电极。0013将该碳纳米管膜装配在类似于板框过滤的装置上作为阳极，并以01MM的硝基苯或者苯胺为模拟污染物，10MM的硫酸钠为电解质，通过蠕动泵流速15ML/MIN将上述溶液打入反应器中；同时接通电源，硝基苯在2V及35V电压下几乎未去除，而苯胺在2V及35V电压下去除。
13、率分别为7及80；同样条件下，若将上述碳纳米管膜作为阴极，硝基苯在2V及35V电压下的转换率主要转化为苯胺分别为80和90以上。0014实施示例20015碳纳米管膜的制备方法同上。0016同时将碳纳米管膜PTFE作为隔膜碳纳米管膜，通过压力机压制在一起压说明书CN104211139A3/3页5力15吨，然后接通电源，硝基苯模拟废水首先通过阴极还原，继而中间产物再经过阳极深度氧化，实验结果表明硝基苯在该“三明治”型膜电极系统中，在加载电压2V及35V下的去除率分别达80和90以上。说明书CN104211139A1/2页6图1图2图3图4说明书附图CN104211139A2/2页7图5说明书附图CN104211139A。