[发明专利]一种优先去除壬基酚的电催化氧化阳极材料和处理方法

说明书

本发明涉及一种优先去除壬基酚的电催化氧化阳极材料和处理方法，该电催化氧化阳极材料采用以下方法制备而成：先制备4‑(9‑氨基壬基)‑苯酚模板分子，再将其通过缩合反应修饰在二氧化硅表面，形成内核，再在内核表面生长高指数晶面二氧化锡晶体，得到分子印迹材料前驱体，最后将内核除去并固定在基底电极上，得到印迹高指数晶面二氧化锡电极。将所述印迹高指数晶面二氧化锡电极作为工作阳极，用于复杂污染体系中壬基酚的优先电催化氧化去除。与现有技术相比，本发明的电极具有优异的电催化活性和强的特异性识别能力，可实现对复杂体系中壬基酚的优先电催化氧化去除，处理后出水中壬基酚的最低浓度可达10μg L^‑1以下。

技术领域

本发明属于水污染控制工程领域，具体涉及一种优先去除壬基酚的电催化氧化阳极材料和处理方法。

背景技术

壬基酚(表示为NP)，是一种烷基酚类污染物。其毒性大，能够模拟雌激素，影响生物体正常的生殖和发育，被列为内分泌干扰物。且NP的分子含有长的烷基链，进一步增加了NP分子的脂溶性、抗氧化性和毒性，随着水体中NP的不断累积，环境问题日益严重。然而，NP在目前的市政污水处理过程中因其浓度低，高浓度低毒性有机物的竞争，很难作为第一碳源被微生物矿化掉，因此优先去除水体中的NP尤为必要。一些传统的去除NP的方法，例如吸附法并不能从根本上矿化有机污染物使其达到无害化标准；微生物降解污染物的周期较长，并且很多有机污染物多属于生物难降解有机物，这会使得微生物降解有机污染物的效率变低；外加的大量化学试剂对微生物和环境产生负面影响；电化学方法氧化有机污染物的效率高，操作条件温和，自动化程度高。但传统电化学氧化法也存在一些缺点，比如无差别地矿化污染物，无法实现优先去除目标污染物的目的等。

反应动力学与传质有关，传质与反应物质的局部浓度紧密相关。作为新兴的特异性识别技术之一，分子印迹(表示为MI)技术提供了目标污染物富集的可能性，从而有利于目标反应的动力学。由印迹聚合物制备的传统MI在电催化氧化方面有很多局限性，例如自身氧化。此外，由于电子转移差，通过溶胶-凝胶法合成的某些无机印迹不利于污染物的氧化。

许多研究表明二氧化锡(表示为SnO₂)的电催化活性高，如果优先地暴露SnO₂晶体的高能晶面，例如高指数晶面(表示为HIF)，则催化活性可以得到进一步的提高。高指数晶面{221}的比表面能高(2.28J m^-2)，有利于电子转移过程。单晶结构的非特异性吸附位点少。然而，其并没有特异性识别能力，无法在复杂体系中实现优先去除污染物的目的。

制革废水是一种典型的复杂污染体系，通常包含NP、单宁、木质素、蛋白质、氨基酸等污染物，具有成分复杂、高化学需氧量、难氧化的特点，因此制革废水的处理成为目前污水处理领域一个十分重要的研究课题。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种优先去除壬基酚的电催化氧化阳极材料和处理方法，印迹高指数晶面二氧化锡(表示为MI-SnO_2,HIF)电极具有优异的电催化活性，该方法既可实现在单一体系中高效去除NP，也可实现在复杂体系中优先电催化氧化去除NP。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种优先去除壬基酚的电催化氧化阳极材料，该电催化氧化阳极材料为印迹高指数晶面二氧化锡电极，所述印迹高指数晶面二氧化锡电极采用以下方法制备而成：先制备4-(9-氨基壬基)-苯酚模板分子，再将其通过缩合反应修饰在二氧化硅表面，形成内核，再在内核表面生长高指数晶面二氧化锡晶体，得到分子印迹材料前驱体，最后将内核除去并固定在基底电极上，即得所述MI-SnO_2,HIF电极。

所述MI-SnO_2,HIF电极具体采用以下方法制备而成：