[发明专利]一种应用于原位电芬顿反应的三维粒子电极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种应用于原位电芬顿反应的三维粒子电极及其制备方法，属于电催化氧化处理有机废水技术领域；该粒子电极的载体上负载Fe、Co、Mn对应氧化物为催化剂，所述的载体为粒状活性炭或活化的活性炭纤维，活化方法为：去除粒状活性炭或活性炭纤维的灰分后，采用电化学还原的方法对粒状活性炭或活性炭纤维进行表面改性；其制备方法为将载体活化，之后加入到上述金属浸渍液中，采用等体积浸渍或化学沉淀的方法进行催化剂负载；本发明具有制备方法简单、操作方便、污染物降解去除效果佳、反应体系稳定、催化剂寿命长等显著优点，具有广阔的产业化推广应用前景。

技术领域

本发明涉及一种可用于原位产生H2O2以处理难生物降解有机废水的三维粒子电极，并涉及该三维粒子电极的制备方法，属于电催化氧化处理有机废水技术领域。

背景技术

电化学水处理技术是近二十年来兴起的废水处理技术，其主要利用电解过程中产生的氧化性或还原性物质与有机污染物进行反应，实现污染物的快速降解，具有反应设备简单，易操作，反应效果好，无二次污染的特点。目前常见的电化学水处理技术有电化学氧化，电化学还原，电芬顿，电絮凝等相关技术。目前，各项电化学水处理技术已在废水处理领域取得较为广泛的应用。

电芬顿技术来源于传统的芬顿氧化技术，其基本原理是通过电化学作用原位产生Fe2+ 和/或H2O2，在上述两种物质存在的情况下发生芬顿反应产生羟基自由基，羟基自由基进攻有机物，从而实现污染物的快速降解。其优点为通过阴极电还原原位产生H2O2，不需要外加双氧水即可发生芬顿反应，提高了双氧水的利用效率，同时还避免了双氧水在运输、储存和操作过程中的风险。

电芬顿技术由于兼具了电化学氧化和芬顿氧化的特点，受到了国内外广泛关注，是一种环境友好型的水处理技术。但是，电产双氧水的效率仍然较低，制约了电芬顿技术的工业化应用。由于过氧化氢主要是通过在阴极进行电化学还原来产生，因此阴极材料的性能决定了过氧化氢的产生效率。

目前电产过氧化氢常用的阴极材料为碳材料，石墨，碳-聚四氟乙烯（PTFE）气体扩散电极，炭毡，活性炭纤维（ACF），发泡玻璃碳（RVC），碳气凝胶以及碳纳米管（CNTs）等。主要是利用碳材料优良的导电性能，良好的化学稳定性，自身官能团所带的催化活性，较高的析氢电位等。郁青红等将粉末状石墨与PTFE 超声混合压制成石墨-PTFE 气体扩散电极，石墨与PTFE 质量比为2：1 时体系具有最佳的H2O2产率，产生的过氧化氢质量浓度超过了40 mg/L，同时也展示处理较高的电流效率。马楠等对活性炭纤维进行了表面改性，并使用改性后的活性炭纤维作为阴极进行电芬顿反应，过氧化氢的产率和污染物的去除效果均取得明显提升。

虽然经过学者们大量研究，过氧化氢的产率得到了显著提升，但仍无法满足工业化的需求。基于此项考虑，对反应体系进行了修正，提出了三维电极耦合电芬顿反应的新型体系，充分利用了三维电极体系极大的反应接触面积和较高的传质速率，以求在粒子电极的催化作用下提升过氧化氢的产率和污染物的去除效果。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种可用于高效生产过氧化氢的三维粒子电极及其制备方法，实现污染物的快速降解，从而推动电芬顿的广泛应用。为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。