[发明专利]碳气凝胶负载双金属有机骨架电芬顿阴极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，涉及碳气凝胶负载双金属有机骨架电芬顿阴极及其制备方法。

背景技术

全球水体污染和水质恶化已然成为当今人类面临的一个严峻的环境问题。人们对清洁水的迫切需求促使水处理技术日益受到广泛的关注。目前，应用于水污染控制中的方法主要有：物理法、化学法和微生物法，在这些技术中，高级氧化技术(Advanced Oxidation Processes简称AOP)，包括芬顿技术、光催化、臭氧氧化以及它们的相互结合等等，以其高效的降解能力、简单方便以及产物绿色化等特点得到了广泛关注和重视。高级氧化技术最显著的特点是以羟基自由基(·OH)为主要氧化剂，由于·OH高的反应活性和非选择性的降解难以通过生物降解的污染物。而·OH主要是通过分解H₂O₂产生的，所以电芬顿孕育而生了。电芬顿技术能够在阴极原位产生H₂O₂，克服了运输和储存H₂O₂不便的缺点，因此受到广泛的应用。实际上，电芬顿产生的H₂O₂在过渡金属离子(Fe²⁺，Fe³⁺，Cu⁺，Cr⁶⁺等)、紫外灯照射以及超声的催化作用下很容易得到·OH，然而，这些均相电芬顿方法对溶液的pH使用范围窄，持续时间长以及不断地需要消耗能量。为了解决上述问题，异相电芬顿技术的研究渐渐引起了科学家的兴趣。这些研究主要基于铁的异相电芬顿催化剂，如纳米零价铁(nZVI)，Fe₂O₃，Fe₃O₄，α-FeOOH，BiFeO₄，FeVO₄，CuFe₂O₄，CuFe-MC，Fe藻酸盐和Fe-ZSM-5分子筛等。当然也有研究发现一些半导体光催化剂也能在可见光下活化H₂O₂，如3DOM-Fe₂O₃，TiO₂，BiVO₄，WO₃，g-C₃N₄，ZnFe₂O₄，K₃PW₁₂O₄₀等。因此，构筑高效地异相电芬顿剂活化H₂O₂产生·OH是实现高效降解污染物的关键。

金属-有机骨架化合物(MOFs)是由过渡金属离子与含氧或氮的有机配体组装而成的具有三维网状结构的类沸石材料。它是一种新型的多孔材料，因其制备简单、多孔、比表面积大其结构可调等优点，MOFs已经广泛用于气体吸附、分离、催化、传感器、药物传递等领域。但是，最近研究表明其中有一些MOFs表现出半导体性质，意味着其作为光催化剂有着广泛的应用前景。相比较传统的半导体光催化的体系，MOF的光催化体系的优势在于更有效的利用太阳能，也正因为其可调控的活性位点(即金属-羧基团簇和有机配体)，理想的孔隙率和高的比表面积不仅使得MOF光催化体系能够在分子水平上进行合理的设计和组装，而且能够快速的传输和储存客体分子。总之，MOFs捕获光能进行光催化降解有机污染物的研究是一个非常有意义的课题。