[发明专利]一种用于含六价铬污水处理的树枝状复合纳米线三维电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于含六价铬污水处理的树枝状复合纳米线三维电极材料的制备方法，包括以下步骤：在三维阳极上生长聚吡咯纳米线负载三维电极材料；将苯胺加入到硫酸中，并加入聚吡咯纳米线负载三维电极材料，搅拌均匀，冷却至4～5℃；在4～5℃的硫酸中加入过硫酸铵，搅拌后，立即加入到S2中的溶液，得到混合溶液；搅拌后，于4～5℃环境中静置反应24～25小时，得到树枝状复合纳米线三维电极材料。本发明还公开了上述树枝状复合纳米线三维电极材料及其应用。本发明的树枝状复合纳米线三维电极材料，具有更大的比表面积，能够提供更多反应活性位点，提高电流效率及还原效率，适合大规模工业Cr(VI)污水的高通量、高浓度处理。

技术领域

本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种用于含六价铬污水处理的树枝状复合纳米线三维电极材料及其制备方法。

背景技术

工业活动引起的地表水重金属污染是世界各国普遍关注的问题。六价铬(Cr(VI))因其高氧化还原电位、生物不可降解性及高环境迁移能力，造成了严重的环境问题并带来了诸多不良的健康影响。世界卫生组织(WHO)和美国环境保护署(USEPA)等监管机构建议，饮用水、地表水和工业废水中Cr(VI)的允许限量分别为0.05mg/L、0.1mg/L和0.25mg/L。因此，寻找有效处理含铬废水的方法成为了当务之急。

将Cr(VI)还原至低毒Cr(III)的脱毒处理技术，被认为是一种较为经济有效的办法来缓解环境Cr(VI)污染问题。而目前将Cr(VI)还原至Cr(III)主要包括了化学、光催化、生物和电化学等还原方法。其中，电化学还原法由于直接将电子作为还原剂，具有还原效率高，操作简单，无污泥产生等优点，更加适用于实际含Cr(VI)污水处理。然而，由于Cr(VI)的还原反应发生在阴极和溶液界面，因此阴极界面反应活性位点的数量和特性很大程度上决定了Cr(VI)的电还原效率及能源效率。虽然，相比于经典的平行板电极，三维电极内部具有较多的反应活性位点。但随着废水处理的流量增加、Cr(VI)浓度升高，由传统三维电极所构成的反应器仍会出现Cr(VI)还原效率不高、能耗过大等诸多问题。

聚吡咯(PPy)和聚苯胺(PANI)具有良好的导电性及可调控的纳米线结构，可用于三维电极的修饰。然而，单聚合物修饰的三维电极仍然表现出反应位点不足或电阻过大的情况，无法很好达到强化传质、提高电流效率的目的。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种用于含六价铬污水处理的树枝状复合纳米线三维电极材料的制备方法，制备得到的树枝状PPy-PANI复合纳米线三维电极材料，具有更大的比表面积，能够提供更多反应活性位点。

本发明的另一目的在于提供一种用于含六价铬污水处理的树枝状复合纳米线三维电极材料。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种用于含六价铬污水处理的树枝状复合纳米线三维电极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1在三维阳极上生长聚吡咯纳米线负载三维电极材料；

S2将苯胺加入到硫酸中，并加入步骤S1制备得到的聚吡咯纳米线负载三维电极材料，搅拌均匀，将得到的溶液冷却至4～5℃；

其中，所述溶液中苯胺的浓度为100～200mM；

S3在4～5℃的硫酸中加入过硫酸铵，搅拌30～35秒后，立即加入到S2中的溶液，得到混合溶液；搅拌30～35秒后，于4～5℃环境中静置反应24～25小时，得到树枝状PPy-PANI复合纳米线三维电极材料。

优选的，步骤S3的混合溶液中，所述过硫酸铵摩尔浓度与苯胺的摩尔浓度比为1:(4～5)。

优选的，步骤S3的混合溶液中，所述过硫酸铵的浓度为20～50mM。

优选的，所述搅拌，具体为：采用搅拌器以400～800rpm的转速搅拌。