[发明专利]一种TiO2

说明书

本发明涉及一种TiO₂电催化活化过氧化氢的类电芬顿工作阴极及其制备方法与应用，该电极包括导电骨架和包裹在导电骨架上的气体扩散层，所述气体扩散层主要包括TiO₂和石墨，TiO₂负载在石墨表面，TiO₂负载量为20～70％；在气体扩散层中有孔隙结构。本发明将TiO₂负载在石墨表面，一定程度上替代了传统电芬顿体系中的Fe²⁺/Fe³⁺催化剂体系，在实现过氧化氢在电极表面原位生成与催化分解，并且依然具有可观的降解四环素效果的前提下，TiO₂材料具有常见、廉价以及化学稳定性很高的特点，提升了电极的耐酸耐腐蚀性质，改善了传统电芬顿体系中电极材料耐受性不强以及会产生铁泥等二次污染物的不足。

技术领域

本发明涉及一种TiO₂电催化活化过氧化氢的类电芬顿工作阴极及其制备方法与应用，属于污水处理技术领域。

背景技术

电芬顿作为一种环境友好型高级氧化技术，能够高效的处理难生物降解的有机污染物。例如制药工业生产过程中排放的废水，这类污水具有毒性高、污染物浓度大而且难生物降解的特点，治理难度较大。现如今，传统的物理方法和生物方法很难满足对排放废水水质要求的指标。所以近年来水处理技术逐渐向化学方法转移，通过特定的化学反应使目标污染物降解并去除。电芬顿方法是以传统水处理技术芬顿氧化法为基础发展起来的一种新技术，具有适用范围广、氧化有机物彻底、不产生二次污染等特点，表现出了比较广泛的应用前景，因此逐渐成为水处理技术领域的热门研究方向之一。

虽然电芬顿被认为是一种有前途的环境修复技术，但它在应用中仍存在一些问题和困难。例如其氧气的利用效率较低(往往小于0.1％)，搅拌和曝气需要消耗过多能源等。气体扩散电极是改善氧气传输效率的一种常用装置，虽然气体扩散电极有优异的H₂O₂生成能力，但也存在一些弊端，如：长期运行稳定性不佳；传统的Fe²⁺/Fe³⁺催化体系中往往需要外加亚铁离子作为催化剂，而亚铁离子对于溶液pH变化很敏感；随着反应的进行，溶液中pH升高时，铁离子容易形成络合物，造成比较严重的损失；催化剂在溶液中以离子态存在，难以去除，从而增加了处理成本；而且固定态的铁催化剂如Fe₃O₄用作电极催化剂时，存在耐酸耐腐蚀性不强，化学性质不稳定等缺点。因此，开发一种性能高效，没有二次污染，化学性质稳定并且耐酸耐腐蚀的类电芬顿气体扩散工作阴极至关重要。

中国专利文献CN 105601003 A公开了一种掺杂四氧化三铁@活性炭的气体扩散电极及其制备方法与应用，该电极包括导电骨架和包裹在骨架外侧的气体扩散层；所述气体扩散层包括组分四氧化三铁和活性炭。该发明还提供气体扩散电极的制备方法和应用。该发明将传统的Fe²⁺/Fe³⁺电芬顿催化剂以Fe₃O₄的形式固定在气体扩散电极表面，实现了过氧化氢在电极表面的原位生成与催化分解，减少了传质过程，提高了处理有机废水的效率。但是该气体扩散电极耐酸耐腐蚀性不强，化学稳定性及耐用性欠佳。

中国专利文献CN 105836855 A公开了一种石墨烯气体扩散电极的制备方法，包括将鳞片石墨、NaNO₃和浓硫酸在冰浴中混合，并与KMnO₄缓慢反应后，再加入适量30％的H₂O₂充分反应，过滤，洗涤至中性后干燥。产物于水溶液中超声得到分散液，调节pH，离心后取上层稳定液，加入适量水合肼得到石墨烯分散液，该分散液与石墨粉、乙醇、聚四氟乙烯(PTFE)乳液混合均匀；恒温至该混合物呈粘稠的糊状时将其附着在不锈钢网上，烧结成石墨烯气体扩散电极。该发明在电-芬顿体系中氧化能力强，可用于各类含有机污染物废水的处理中。但是该工艺步骤繁琐，石墨烯制备成本较高。

发明内容