[发明专利]一种用于污染控制的催化电极的制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种用于污染控制的催化电极的制备方法及应用，属于废水处理技术技领域，通过微波法制备出含有不同量SiC的复合催化剂WO₃‑Co‑SiC，该材料具有电化学活性和光催化活性。通过对制备条件进行进一步优化，未灼烧的WO₃‑Co‑SiC具有更优的催化性能，可高效降解染料罗丹明B。将WO₃‑Co‑SiC以PVDF为粘结剂负载到碳纤维布上制得催化电极膜，该电极膜在外加可见光、外加电源以及光电同时作用下均可降解70％以上的黄连素，具有良好的电化学活性和光催化活性，能够通过耦合实现膜分离及同时催化，可用于自产电体系及外加电体系的污染控制。

技术领域

本发明提供了一种含SiC的催化剂及其污染控制催化电极膜的制备方法，属于废水处理技术技领域，涉及到WO₃-Co-SiC系列复合催化剂的制备、性能优化，及基于该催化剂的导电膜的制备方法，应用该催化电极膜于废水污染控制及污染物消除过程中发挥光催化与电催化作用。

背景技术

催化电极膜是催化技术与膜技术耦合的产物，将催化剂负载到导电膜上，一方面实现了催化剂的固定，另一方面为高效实现污染控制的膜分离和膜污染控制提供材料和物质的保证,也为耦合其他污水处理体系提供了可能。将含有催化剂的导电膜作为电极应用于废水处理体系中，可在原体系中引入电催化或光催化作用。此外，有研究表明微电场环境可有效减缓膜污染、延长膜的使用寿命，因此催化电极膜不仅可以发挥这些技术各自的优势，还能够产生协同作用，是优化污水处理体系的新方向。

催化电极膜的性能在很大程度上取决于催化剂的性能，也决定了应用过程的处理效率和经济性。因此新型、廉价、高效的催化剂的制备和研究就显得尤为重要。选用常见的元素，通过复合制备高性能催化剂和电极膜，具有重要科学价值和应用价值。三氧化钨(WO₃)作为一种能够吸收利用可见光的过渡金属氧化物，在光催化领域显示出巨大的潜力。但纯WO₃对可见光的吸收利用率还达不到实际应用的要求，通过元素掺杂或半导体复合可以进一步调控其晶型或能带结构，进而优化其催化性质。

含硅化合物由于其特殊的电子结构，通常具有半导体的特性。SiC作为一种碳基非金属半导体，禁带宽度约为2.4-3.2eV,具有高载流子迁移率和化学稳定性，且环境友好、储量丰富。除此之外，还具有较强的热稳定性和优良的表面性质，具有非常大的应用潜力。SiC能够通过构建异质结调整催化剂的能带结构，在光催化产氢、染料降解等领域表现突出。目前关于SiC在半导体光催化剂改性及产电性能方面的研究仍然较少，未见其对WO₃改性的报道。

本发明首次将SiC引入催化电极膜，通过微波法制备出基于WO₃的新型催化剂，掺杂Co元素及复合SiC提高了其光催化、电催化活性，通过改变灼烧时间进一步优化WO₃-Co-SiC催化剂的性能。将该催化电极膜用于废水中难降解污染物的去除，可实现废水的资源化与能源化，目前未见关于该光催化剂以及膜电极的报道。

发明内容

本发明针对纯WO₃对可见光吸收利用率较低的不足，本发明提供一种性能良好的复合催化剂WO₃-Co-SiC的制备方法，并将其负载于导电膜，得到催化电极膜。该催化电极膜同时具备优良的导电性、电催化活性和光催化活性，可直接作为电极与其他污水处理体系耦合，达到强化光催化、电催化作用去除废水中难降解污染物的目的。

本发明的技术方案：

一种用于污染控制的催化电极的制备方法，步骤如下：

(1)采用微波法快速制备WO₃-Co-SiC纳米光催化剂