[发明专利]新型钛基二氧化铅电极的制备及其用于电催化协同亚铁离子活化过硫酸盐的高级氧化体系

说明书

本发明提供了一种新型钛基二氧化铅电极的制备及其用于电催化协同亚铁离子活化过硫酸盐的高级氧化体系，属于环境电化学材料制备和高级氧化技术处理废水技术领域。制备一种添加锡锑氧化物中间层的钛基二氧化铅电极作为阳极，以Ti为阴极，采用过硫酸盐作为氧化剂，以硫酸亚铁为催化剂，通过电催化协同亚铁离子活化过硫酸盐产生硫酸根自由基降解水中污染物。本发明的益处是(1)所制备的新型钛基二氧化铅电极造价低、催化活性高、内应力小、寿命长；(2)通过电催化协同亚铁离子活化过硫酸盐产生硫酸根自由基高效去除污染物，同时外加电场可以还原被氧化的亚铁离子，提高亚铁离子循环利用效率，减少投加量。

技术领域

本发明属于环境电化学材料制备和高级氧化技术处理废水技术领域，涉及到新型改性钛基二氧化铅阳极的制备，并将该阳极用于协同亚铁离子活化过硫酸盐的高级氧化体系，通过阳极氧化和硫酸根自由基高级氧化共同作用高效去除水中污染物。

背景技术

硫酸根自由基的高级氧化研究始于20世纪中期，随着研究的不断深入，应用硫酸根自由基的氧化能力降解有机物己成为高级氧化领域发展的焦点。在酸性条件下，SO₄^－·与·OH的氧化还原电位相近，而在中性条件下，其氧化还原电位高于·OH，能够更有效的矿化有机物质。除此之外，由于SO₄^－·有较高的选择性，氧化效率较高。在液相中，SO₄^－·能触发自由基转换反应进而产生·OH，而·OH 比SO₄^－·有着更低的选择性，可进一步补充反应的自由基种类，提高降解效果。

目前比较成熟的是通过活化过硫酸盐生成硫酸根自由基。过硫酸盐是水中最强的氧化剂之一，具有氧化性强、室温条件下稳定性极高、水溶性好等优点，价格相对较低，受到广泛关注。过硫酸盐在水中电离产生S₂O₈^2－，其氧化还原电位(相对于标准氢电极)E₀＝2.01V，高于H₂O₂的E₀＝1.77V，略低于O₃的 E₀＝2.07V，但在水中能较稳定存在，对于污染物的去除能力有限，因此多通过外界因素活化其转化成氧化能力更强的SO₄^－·，目前比较成熟的活化过硫酸盐产生硫酸根自由基的主要方式有热活化、光照、超声波活化、微波活化、过渡金属活化等。其中亚铁离子作为常用的催化剂，T.T.Asha，赵进英等人对其该催化系统进行过优化研究。但该方法仍存在一定的弊端，Fe(Ⅱ)催化效率虽高，但在反应体系中易被氧化，从而容易失活导致投加量较大的问题。

电化学方法具有环境友好性，并且能在耗费较少投入和运行成本的情况下较高效地降解水中污染物，选择性能好的阳极，既能通过阳极氧化降解水中污染物，同时可以利用电解环境使一部分被氧化失活的金属离子还原，增强催化剂的循环利用，实验验证可行。

以钛为基体，PbO₂为活性层的电极具有耐腐蚀能力强，导电性好，电催化活性较高，价格低等优点。但这种电极在硫酸介质中作阳极使用时，由于阳极放出的新生态氧的渗透，使得钛基体和PbO₂活性层之间易产生TiO₂过渡层，该氧化层不仅导电性差，而且还降低了钛基体与PbO₂活性层的结合力，导致PbO₂易从基体上脱落，降低了电极的使用寿命。研究表明，在钛基体和PbO₂活性层之间加制中间层可以有效地改善PbO₂电极的性能。

本发明对钛基二氧化铅电极改性，通过热分解法加制Sn-Sb氧化物中间层，增强电极的电催化性能，提高电极寿命。以制备电极为阳极，钛电极为阴极，氧化剂选用过硫酸钾，催化剂为硫酸亚铁，再外加电源条件下构建降解体系。

发明内容