[发明专利]一种适用于电芬顿降解污染物的电极材料、制备方法及应用

说明书

一种适用于电芬顿降解污染物的块状电极材料，为具有高2电子氧还原选择性的材料，具有增强的活性氢还原能力及芬顿活性，以提高异相E‑Fenton体系的矿化效率和电极使用寿命；所述电极原位产生H₂O₂，原位分解H₂O₂到·OH。为PdFe纳米合金碳气凝胶阴极，是在碳气凝胶骨架中原位形成PdFe纳米合金和丰富的缺陷碳结构。本发明还公开了所述材料的制备方法及其在降解或去除污染物方面的应用。与现有技术相比，PdFe合金碳气凝胶的2电子ORR选择性提升到80％，同时增强了还原脱卤和氧化能力，极大的提升了电催化活性，对3‑氯酚的TOC的去除率和脱卤率在6小时内均达到100％。本发明可用于深度降解含卤污染物，为在温和的条件下完全矿化降解3‑氯酚提供了可行性，在实际污水处理中有非常广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，涉及适用于电芬顿降解污染物的电极材料、制备方法及应用。

背景技术

氯酚(CP_S)是一类普遍存在的化合物和中间体，广泛应用于杀虫剂、木材防腐剂、除草剂和染料等多种制造业。其中，3-氯酚(3-CP)由于其具有较高的内分泌干扰能力、遗传毒性、致癌性和较强的生物积累性，会引起严重的环境问题，甚至危害人类。而卤代乙胺(HAMS)是在自来水中发现的一种新兴消毒副产品(DBP)，由于其基因毒性和细胞毒性，受到了相当大的关注。由于氯原子的存在，该类有机污染物的生物降解性较差，因此其生物降解受到严重限制。开发更经济、更环保的CP_S去除方法已迫在眉睫。

高级氧化技术(AOPs)是一种处理水体污染的有效方法，电芬顿法是最受欢迎和普遍的电化学高级氧化技术之一。通过催化剂表面的Fe^II或者其它的类芬顿催化剂与电化学原位生成的H₂O₂直接反应产生羟基自由基(·OH)，利用·OH的强氧化性降解废水中的有毒有机污染物。电芬顿体系较传统芬顿相比，其反应速度快，毒性低，酸碱度范围宽，无污泥产生，是一种有前途的高效处理方法，与此同时存在的问题是：氧还原的2电子选择性不高致使H₂O₂产量较低，催化剂容易脱落和失活等。并且单纯的间接氧化过程可能会导致含卤有机物产生更多的有毒副产品，如氯联苯、苯并二恶英和氯呋喃，这些副产品很难处理。

近年来，电催化加氢脱氯(ECH)可以原位生成氢气，卤代有机化合物被氢(H₂)还原，同时释放无机卤素离子，避免了有毒副产物的产生，能够更为有效和安全的降解含卤污染物。贵金属钯就是一种良好的还原脱卤材料，活性氢易于在钯的表面形成，但是贵金属的成本问题限制了其发展。然而，PdFe合金的出现，极大的降低了成本和提高了材料的稳定性，并且由于合金的晶格拉紧效应，增强了其电化学活性，更有利于还原脱卤。现有研究中，PdFe合金的形成可以采用以下几种方法：熔炼、机械合金化、烧结、气相沉积等，但步骤繁琐，制备不易，且不易均匀的负载于碳基底中。

碳材料由于导电性好、析氢超电势高、化学稳定性以及对于H₂O₂低的催化活性而被广泛用于电催化产生H₂O₂的研究。研究结果表明，边缘缺陷位点丰富的石墨碳纳米催化剂可以催化氧气生成H₂O₂。通过2电子ORR过程产生电化学H₂O₂是一种有吸引力的方法，可以实现低成本、绿色、连续和现场生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于电芬顿降解污染物的电极材料、制备方法及应用，针对异相E-Fenton体系脱卤效率不高，催化剂构筑不稳定以及体系中氧还原2电子选择性低，·OH产率低的问题，该材料提高了电极的稳定性以及氧还原的2电子选择性，并且赋予该电极还原脱卤的能力。应用于含卤有机污染物的降解时，建立了一种阴极还原氧化协同的电化学体系，可用于实现高效完全矿化降解3-氯酚。