[发明专利]负载三元金属氧化物的阴极材料在降解HPAM中的应用

说明书

本发明公开了一种三元金属氧化物Ce_wZr_yFe_zO_11‑x修饰的碳毡复合材料作为阴极在降解HPAM中的应用，降解HPAM时电解液的pH为3～6，在降解60min时，HPAM的降解效率为65％～85％，其中，碳毡复合材料的制备方法包括以下步骤：将铈盐、锆盐和铁盐置于蒸馏水中均匀混合，得到混合溶液，将混合溶液的pH调至8～10，得到溶液A，其中，按物质的量计，铈盐、锆盐和铁盐的比为(2～7):1：(1～10)；将碳毡浸入到溶液A中，超声处理20～40分钟后，从溶液A中取出碳毡并干燥，在惰性气体或氮气保护下，将碳毡于300～700℃保温3～7小时。在室温下通过外加电源对HPAM进行电化学降解，从而达到降解水溶液中HPAM的效果，可解决电芬顿催化降解过程中催化活性低、稳定性差、降解效率低及其能耗大等问题。

技术领域

本发明属于电化学方法处理高分子聚合物溶液技术领域，具体来说涉及一种负载三元金属氧化物的阴极材料在降解HPAM中的应用。

背景技术

近些年来，聚丙烯酰胺(HPAM)已经成为各行各业广泛应用且必不可少的一种水溶性有机制剂。一般认为HPAM是水溶无毒的聚合物分子，但若溶液中残余的微量的HPAM，在加热或者紫外光辐射主链裂解速度缓慢，导致自然降解为丙烯酰胺单体。而丙烯酰胺会损害动物和人体的周围神经系统，导致慢性中毒或基因突变。在生产和工业化迅速发展的今天，长时间遗留在污水或土壤中的HPAM将严重威胁生态健康。目前，我们急需一种新的方法将多余的HPAM快速高效地转化为无毒的物质。

电芬顿技术是将通过电化学方法发生氧化还原反应产原位生H₂O₂，具有安全、高效、无二次污染等优点。特别是通过Fe²⁺催化H₂O₂原位产生强氧化剂的电芬顿(EF)过程，已经在降解染料、药物、除草剂和杀虫剂以及纤维素等顽固的有机污染物的去除效率很高。相比于均相电芬顿过程的Fe³⁺催化剂容易受到pH值的限制，在pH过大时容易生成Fe(OH)₃沉淀，越来越多的人更加倾向于采用固体铁催化剂，来拓宽pH范围以及催化活性。此外，由于电芬顿技术对含高分子聚合物的溶液降解率较低(Sun M,Qiao M X,Wang J,et al.Free-Radical Induced Chain Degradation of High-Molecular-Weight Polyacrylamide ina Heterogeneous Electro-Fenton System[J].Acs Sustainable Chemistry&Engineering,2017.)，鲜有电芬顿技术用于含聚工业废水处理的报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种三元金属氧化物Ce_wZr_yFe_zO_11-x修饰的碳毡复合材料，该碳毡复合材料作为阴极，实现高分子聚合物聚丙烯酰胺的非均相电催化降解，克服了传统芬顿反应催化活性低、稳定性差、降解效率低及其能耗大等缺点。

本发明的另一目的是提供上述三元金属氧化物Ce_wZr_yFe_zO_11-x修饰的碳毡复合材料的制备方法，该制备方法通过两步法制备出作为阴极材料的碳毡复合材料，从而实现高效稳定降解高分子聚合物水溶液的方法。

本发明的另一目的是提供三元金属氧化物Ce_wZr_yFe_zO_11-x修饰的碳毡复合材料作为阴极在降解HPAM中的应用，其中，本发明的碳毡复合材料作为阴极材料，以Pt电极作为对电极，在室温下通过外加电源对HPAM进行电化学降解，从而达到降解水溶液中HPAM的效果，可解决电芬顿催化降解过程中催化活性低、稳定性差、降解效率低及其能耗大等问题。