[发明专利]一种维生素B12修饰电极催化电解三氯乙酸脱氯方法

说明书

本发明提供一种维生素B12(VB12)修饰电极催化电解三氯乙酸脱氯方法。其技术方案：先将VB12粉末分散在含有聚合物Nafion的乙醇中，配制VB12分散液；再将VB12分散液滴涂于铁电极表面，风干后即得到修饰后的VB12/铁电极；以VB12/铁电极为阴极，石墨电极为阳极，组建电解池装置，电解三氯乙酸。本发明的目的是利用VB12催化电解三氯乙酸，目标物脱氯具有靶向脱氯、脱氯效率高、无二次污染、成本低、结构简单、安全稳定等优点。

技术领域

本申请涉及饮用水安全保障技术领域，特别是涉及氯代消毒副产物脱氯并降低毒性的电解处理方法。

技术背景

氯为全球饮用水处理中质优价廉的消毒剂之一，用于灭活微生物，并保证持久的抑制供水管网中微生物的生长。但原水中存在的天然有机物易与氯发生反应形成各种消毒副产物，如三卤甲烷，卤乙酸和卤乙腈等。这些消毒副产物具有“三致”作用，会对人体健康产生不利影响。卤乙酸已被证实对啮齿类动物有致癌、致畸变、致突变作用，有胚胎毒性，致癌危害远高于其他消毒副产物的总和。卤乙酸对人体的危害程度较大，甚至有研究者认为卤乙酸是构成消毒副产物致癌风险的首要因素。

为了控制消毒副产物的生成量，通常可采取三种途径，一为前端控制即强化天然有机物前体物的去除，二为过程控制即使用替代消毒剂，三为后处理即已生成消毒副产物的去除。前端控制主要为深度处理技术包括氧化法、强化絮凝法、吸附法等。前端控制途径中不同技术对有机物的去除率不同，应用于微污染水源处理，仍有相当浓度的有机物进入消毒阶段，衍生氯代有机物。过程控制技术包括优化氯气投加量法和使用其他消毒剂法。过程控制可一定程度减少氯代消毒副产物的产量，但由于管网供水仍需维持余氯抑制微生物生长繁殖，氯在管网输水过程中有足够长的反应时间与有机物作用生成消毒副产物，且近年来研究表明，随着输水距离或输水时间的延长，几乎所有的消毒副产物产量逐渐上升。后处理直接以消毒副产物为目标物，可有效的降低其浓度及毒性。目前常用的后处理方式有曝气法、吸附法和催化氧化法等。曝气法可使挥发性消毒副产物组分由液相扩散到气相，从而将其去除，但对难挥发的消毒副产物三卤乙酸无明显去除效果。吸附法使用活性炭有效地去除水中非极性或憎水性有机物，但因为消毒副产物大多数为极性、弱极性物质，且易受基质中其他物质的干扰，去除效果有限；催化氧化法如利用光催化TiO₂可有效去除消毒副产物，但存在高能耗，TiO₂等催化剂不易回收等缺点。本发明与上述几种技术不同，基于氯代消毒副产物的毒性主要来源于其分子结构中的氯的理论，开发实现其高效脱氯，从C-Cl键断裂的角度减少消毒副产物的技术，既可实现氯代消毒副产物脱毒，又可减少反应系统的能量需求。以靶向脱氯为目标的高效的处理技术是后处理控制消毒副产物，保障饮用水安全的另一种思路。

发明内容

VB12即维生素B12，化学结构中含有以Co(III)为中心的咕啉环，是还原反应的优良催化剂，作用原理为Co(III)易捕捉电子转化为具有强还原性的Co(II)/Co(I)，而后将电子转移促成还原反应。氯代有机物中氯原子具有得电子趋势，可经VB12催化还原有效脱氯。本技术利用负载于电极上的VB12为催化剂，电极反应过程的电子转移与VB12形成具有靶向脱氯的还原剂，实现水中氯代消毒副产物三氯乙酸的逐级脱氯，从而降低毒性，减少氯代消毒副产物对饮用水水质的影响。VB12电化学催化氯代消毒副产物脱氯具有反应高效、定向脱氯以及对环境友好等多种优势，是处理各种氯代有机化合物的极佳方法。本发明以VB12负载金属材料的复合电极作为阴极，对典型的氯代消毒副产物三氯乙酸进行电催化还原脱氯。

本本申请的目的在于提供一种维生素B12修饰电极催化电解三氯乙酸脱氯方法，以降低消毒副产物三氯乙酸的氯代程度为目标，为氯代消毒副产物的处理提供了新的途径。

为实现上述技术效果，本申请采用了以下技术方案，一种维生素B12修饰电极催化电解三氯乙酸脱氯方法，包括以下步骤：

S1、制备VB12分散液；

S2、制备VB12/金属电极；

S3、组建电解池装置；