[发明专利]一种催化湿式空气氧化降解有机污染物的复合电极材料及其应用方法

说明书

本发明公开了一种催化湿式空气氧化降解有机污染物的复合电极材料及其应用方法，是以活化后的碳毡为基底，采用浸渍法结合高温热处理工艺，得到钼锰双金属氧化物/碳毡复合材料。常温常压下，单室双电极体系中，将本发明制备的钼锰双金属氧化物/碳毡复合材料作为阳极，0.05mol·L^‑1Na₂SO₄为电解质，从反应器底部鼓入空气，1.6～2.2V外电压下，催化空气氧化120mL含一定浓度有机污染物的废水，可使有机污染物废水在120min内的去除率达到100％，矿化率达到90％以上，实现了有机污染物废水的高效矿化，并且材料具有良好的循环稳定性。

技术领域

本发明属于有机废水降解领域，具体涉及一种催化湿式空气氧化降解有机污染物的复合电极材料及其应用方法，是在常温常压下，以钼锰双金属氧化物/碳毡为复合阳极，在较低的电场作用下，催化空气高效氧化降解水体中的有机污染物。

背景技术

催化湿式空气氧化是指在一定温度和压力下，以空气或氧气为氧化剂，利用催化剂的催化作用，加快废水中有机物与氧化剂间的呼吸反应，使废水中的有机污染物分解为CO₂和H₂O等无机物或小分子有机物的化学反应过程。与传统的湿式空气氧化相比，催化湿式空气氧化反应温度及压力更低、时间更短、更高效，从而大大降低了投资和系统运行的成本，被认为是一种有广泛工业应用前景的废水处理新技术。该法可应用于化工、石油、炼焦及相关产业产生的高浓度工业废水处理，特别是有机农药、染料、合成纤维、易燃易爆物质及难以生物降解的高浓度工业有机废水。然而，在室温常压条件下进行反应仍然是一个很大的挑战。

过渡金属氧化物含有灵活多变的金属离子和氧空位，然而单一金属氧化物在催化氧化过程中存在对特殊结构有机污染物的选择性和循环使用稳定性较低的缺陷。而双金属氧化物由于具有特殊的结构组成、可形成更易变的金属价态和更多的表面氧缺陷，有利于活化氧分子。因此，双金属氧化物催化剂具有更显著的结构稳定性、催化活性和多功能性。

发明内容

本发明旨在提供一种催化湿式空气氧化降解有机污染物的复合电极材料及其应用方法。本发明选择廉价易得的碳毡作为基底，采用简单的浸渍法结合高温热处理工艺将钼锰双金属氧化物负载到碳毡表面，制备得到复合电极材料，在较低的外电场下催化空气氧化有机污染物，不仅大大提高了有机污染物的矿化能力，缩短了降解时间，而且其循环稳定性良好。

本发明催化湿式空气氧化降解有机污染物的复合电极材料，是通过包括如下步骤的方法制备获得：

步骤1：将一定量的钼化合物和锰化合物溶解到含聚乙二醇的水溶液中，形成黄色的透明溶液；

步骤2：将活化后的碳毡浸渍到步骤1获得的溶液中，然后置于恒温摇床内震摇蒸干；

步骤3：将步骤2蒸干后获得的复合材料放入管式炉中，氮气保护下进行热处理，得到钼锰双金属氧化物/碳毡复合材料。

步骤1中，所述钼化合物为钼酸铵或钼酸钠；所述锰化合物为乙酸锰、硝酸锰、硫酸锰或氯化锰；其中钼与锰的物质的量之比为3.5～14：1。

步骤2中，所述活化后的碳毡是将10×2.5cm²、厚度为3mm的碳毡置于马弗炉内，350℃下活化4h，冷却后获得。

所述钼化合物和所述锰化合物的总量为碳毡质量的120～150％。

所述聚乙二醇的分子量为2000，其用量为碳毡质量的25～150wt％。

步骤2中，恒温摇床的温度设置为35～50℃，震荡频率为30～200rpm，震荡时间为20～48h。

步骤3中，所述热处理的温度为500～900℃，热处理时间为0.5～4h。