[发明专利]用于去除水中无机卤酸盐的电助光催化阴极制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电助光催化水处理技术领域，具体为用于去除水中无机卤酸盐的电助光催化阴极制备方法。

背景技术

近年来，随着生活品质的提高，人民群众对于生活饮用水的安全健康也投以更多的关注。正是在这种大背景下，我国现行的饮用水卫生标准《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006），较上版标准新增了71项指标。这些指标中，除了微生物与消毒剂指标外，还增加了包括溴酸盐、氯酸盐、亚氯酸盐等多项无机消毒副产物。因其具有的较高毒性，这些无机卤酸盐所引发的健康风险已经受到全世界范围内的普遍关注。对于无机卤酸盐的去除多采用吸附或者还原的方法，其中光催化还原的方法也是研究人员关注的焦点。

光催化技术中，当半导体催化剂受到光激发后，价带上的电子（e-）会发生跃迁现象，产生具有氧化性的光生空穴和具有还原性的光生电子，但电子-空穴对复合速率较快，寿命很短，导致光生氧化剂和还原剂产率较低，从而限制了光催化氧化或还原技术的应用。电助光催化是目前用以提高光催化氧化或还原效率的最有效的方法。在负载光催化剂的阴极和阳极外部以导线和直流电源形成外电路，通过外电路形式对阳和阴极施加一个偏压，使原本会很快复合的光生电子经外电路迁移至阴极表面，电子和空穴的复合被有效地抑制，从而发挥阴极的还原作用或者阳极的氧化作用。

由于电助光催化反应具有典型的界面反应特征，催化剂表面的光生电子与吸附至催化剂界面附近的才能发生反应。而由于阴极表面负电荷与卤酸盐阴离子之间存在一定的负电斥力效应，因此，通过阳离子改性，增加溶液中阴离子在光电极表面的吸附性，是提高阴极还原作用的常用方法。聚合铝化合物是水处理中的常用絮凝药剂，它通过水解后所产生的阳离子的吸附-中和作用，可破坏水中胶体的富集稳定性，从而从水中凝聚沉淀去除。铝盐在pH为5左右时，其水解产生的多核羟基聚合物，具有明显的正电性。而当pH继续增加时，水解产物多为中性的氧化铝沉淀。

专利文件200410098590.2中公开了在活性炭纤维上负载贵金属钯、铂、金、铑、钌中的一种和一种非贵金属如铜、锡、铟、锌、银粒子作为活性成分，利用金属单质的还原效应去除水中硝酸根粒子。而没有利用金属或者金属络合物对光电极基体进行改性，提高其对于卤酸盐阴离子的吸附能力。

溶胶凝胶法是制备催化剂薄膜的常用方法，他的特点是溶胶可以很好的适应各种载体的外形，在载体表面形成均匀可控的催化剂薄膜。但溶胶凝胶法由于钛醇盐水解速率相对较快，因此，对于所生成的催化剂晶体难以精确控制。因此，在溶胶中掺入纳米级光催化剂粉体，形成粉体混合溶胶，利用溶胶水解-高温煅烧相变产生的粘合作用，制备粉体复合的催化剂薄膜，也是提升溶胶凝胶工艺所制备光催化薄膜效率的方法。但传统的粉体混合溶胶凝胶方法，粉体一般直接加入溶胶中或分散在水中加入溶胶内，存在着溶胶黏度大粉体分散不均匀或者水溶液加速溶胶水解速度的问题，从而生成的粉体复合薄膜集聚结构不均匀；由于粉体复合的不均匀，因此，高温下生成的催化剂薄膜致密性较差，容易开裂。专利文件201010147516.0中公开了在溶胶中直接投加粉体，采用粉体混合溶胶凝胶制备催化剂薄膜的方法，但此种制备方法无法改变粉体复合薄膜中均匀性较差、易开裂的问题。

针对以上问题，本发明设计一种用于去除（还原）水中无机卤酸盐的电助光催化阴极的制备方法，可弥补卤酸盐在光电阴极表面吸附性较差的缺点，提高粉体混合溶胶浸渍提拉所制备光电催化薄膜的致密性和连续性，从而提高电助光催化过程中卤酸盐在阴极的还原去除效率。

发明内容

本发明解决目前卤酸盐阴离子在光电阴极表面吸附性差和溶胶凝胶法制备光电催化薄膜均匀性差、易开裂的问题，提供一种用于去除（还原）水中无机卤酸盐的电助光催化阴极制备方法。

本发明是通过以下步骤实现的：用于去除水中无机卤酸盐的电助光催化阴极制备方法，包括以下操作步骤：

1）、将市售的颗粒活性炭与质量分数为20%的浓硝酸混合，浸泡6小时，用去离子水清洗至中性，电热干燥箱内120℃下烘干；

2）、配置质量分数5%-20%的聚合铝化合物去离子水溶液，保持pH为4.5~5.5条件下，磁力搅拌器搅拌30min以上；

3）、将步骤1）清洗烘干的活性炭颗粒放入步骤2）制备的聚合铝化合物去离子水溶液中浸泡改性，在磁力搅拌器作用下，浸泡2h，取出后在300℃以上的马弗炉中烘烤1h，随炉降温至室温，制得改性的活性炭；