一种粒子催化电极材料的制备方法.pdf

一种粒子催化电极材料的制备方法属于废水处理技术领域。本发明拟解决现有粒子催化电极的电流效率低、能耗高的问题。本发明通过以预处理后的天然丝光沸石为载体，以含有Sn与Ti组成的双组份氧化物为负载层，制得粒子催化电极材料。本发明的粒子催化电极材料具有面体比大、传质速度快、催化效果好、电流效率高、能耗低、投资少、适用范围广等优点。

1、  一种粒子催化电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将粒径为0.5-1cm的天然丝光沸石洗涤、浸泡后，于100℃下烘干；
B、将SnCl₄·5H₂O和钛酸四丁酯以Sn与Ti的摩尔比为1∶10加入到无水乙醇中，并加入冰醋酸调节pH＝3后，搅拌均匀，得到溶胶；
C、将步骤A中烘干后的天然丝光沸石浸渍于步骤B中得到的溶胶中12h，再将天然丝光沸石在100℃下烘干，置于马弗炉中从室温以2℃/min的升温速率升温至450℃焙烧2h，冷却至室温；
D、重复步骤C中的浸渍、烘干、焙烧和冷却操作3次，得到粒子催化电极材料。

一种粒子催化电极材料的制备方法
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，特别涉及一种用于处理难降解有机废水的多孔沸石负载SnO₂/TiO₂粒子催化电极的制备方法。
背景技术
随着现代化学工业的不断发展，通过各种途径进入水体中的难降解有机物的数量和种类急剧增加，对水环境造成了严重的污染，直接威胁着人类的健康。这类污染物易在生物体内富集，也容易成为水体的潜在污染源，从而对生物体或人体造成毒害和“三致”效应等有害影响。难降解有机废水的处理是废水处理领域的一个研究热点和难点。
研究者针对难降解有机废水提出过许多处理方法，主要包括吸附、萃取、混凝沉淀、化学沉淀、膜分离、化学氧化法和电化学氧化法等，其中，电化学法处理废水一般无需很多化学药品，后处理简单，占地面积小，管理方便，污泥量很少，是一种能够同时满足技术经济指标先进、无毒和不污染环境等3项基本要求的绿色技术。
20世纪60年代末期提出的三维电极是在二维电解槽电极间装填粒状或其它碎屑状工作电极材料，并使装填工作材料表面带电，成为新的一极(第三极)，在工作电极材料表面能发生电化学反应。与传统的二维电极相比，三维电极能够增加电解槽的面体比，且因粒子间距小而增大物质传质速度，提高电流效率和处理效果。在采用三维电极处理废水时，其核心技术在其工作电极，主要是指其中装填的粒子电极，它起到三维电极催化剂的作用，即吸附有机物并产生羟基自由基使其氧化分解。粒子电极的选择是否合理，直接影响到粒子电极对废水中难降解有机物的吸附和分解以及影响到粒子电极催化活性中心的数量和效果。已报道的用于废水处理的粒子电极主要有以活性炭、PbO₂或钛泡沫颗粒为载体，以掺杂有Sb的SnO₂为负载层的粒子电极材料；Ebonex(一种陶瓷)上涂覆有RuO₂或SnO₂-Sb₂O₃的粒子电极材料；Pt和Ni沉积于Ebonex载体上的粒子电极材料；炭黑粉末上担载SnO₂-Sb的粒子电极材料；活性炭负载CeO₂-Sb₂O₃的粒子电极材料。但上述粒子电极在处理废水时均存在电流效率低、能耗高的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种粒子催化电极材料的制备方法。本发明所提供的粒子催化电极材料作为三维电极反应器的工作电极，可有效降解废水中的有机物，且电流效率高，能耗低。
本发明所提供的一种粒子催化电极材料的制备方法，包括以下步骤：
A、将粒径为0.5-1cm的天然丝光沸石洗涤、浸泡(洗涤、浸泡的目的在于解吸杂质)后，于100℃下烘干；
B、将SnCl₄·5H₂O和钛酸四丁酯以Sn与Ti的摩尔比为1∶10加入到无水乙醇中，并加入冰醋酸调节pH＝3后，搅拌均匀，得到溶胶；
C、将步骤A中烘干后的天然丝光沸石浸渍于步骤B中得到的溶胶中12h，再将天然丝光沸石在100℃下烘干，置于马弗炉中从室温以2℃/min的升温速率升温至450℃焙烧2h，冷却至室温；
D、重复步骤C中的浸渍、烘干、焙烧和冷却操作3次，得到粒子催化电极材料。
本发明具有以下有益效果：
将本发明制备的粒子电极材料用于废水处理时，能将难降解有机物快速分解为小分子有机物或彻底矿化，COD_Cr去除率达到89％，电流效率达74.37％，能耗为18.24kwh/kg_COD，具有面体比大、传质速度快、催化效果好、电流效率高、能耗低、投资少、适用范围广等优点。
以下结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
具体实施方式
实施例1
A、将粒径为0.5-1cm的天然丝光沸石洗涤、浸泡后，于100℃下烘干；
B、将0.002mol SnCl₄·5H₂O和0.02mol钛酸四丁酯加入到40ml无水乙醇中，并加入冰醋酸调节pH＝3后，搅拌2h，得到溶胶；
C、将步骤A中烘干后的天然丝光沸石浸渍于步骤B中得到的溶胶中12h，再将天然丝光沸石在100℃下烘干，置于马弗炉中从室温以2℃/min的升温速率升温至450℃焙烧2h，自然冷却至室温，得到一次负载的粒子催化剂；
D、将一次负载的粒子催化剂浸渍于步骤B中得到的溶胶中12h，再将天然丝光沸石在100℃下烘干，置于马弗炉中从室温以2℃/min的升温速率升温至450℃焙烧2h，自然冷却至室温，得到二次负载的粒子催化剂；
E、将二次负载的粒子催化剂浸渍于步骤B中得到的溶胶中12h，再将天然丝光沸石在100℃下烘干，置于马弗炉中从室温以2℃/min的升温速率升温至450℃焙烧2h，自然冷却至室温，得到三次负载的粒子催化剂；
F、将三次负载的粒子催化剂浸渍于步骤B中得到的溶胶中12h，再将天然丝光沸石在100℃下烘干，置于马弗炉中从室温以2℃/min的升温速率升温至450℃焙烧2h，自然冷却至室温，得到粒子催化电极材料。
取上述实施例中制备的粒子催化电极材料2.0g填充于反应器中，制得三维电极反应器，在电压为4.0V，电流为0.1A时，通电降解30ml青霉素废水1h，COD_Cr去除率达到89％，电流效率达74.37％，能耗为18.24kwh/kg_COD。