对含氮硫氧杂环化合物具有高效催化降解功能的电催化剂及制备方法

摘要

本发明公开了对含氮硫氧杂环化合物具有高效催化降解功能的电催化剂及制备方法。将AgNO

说明书

技术领域

本发明属于电催化氧化法处理废水的化学修饰电极技术领域，特别涉及一种对含氮硫氧 杂环化合物具有高效催化降解功能的电催化剂及制备方法。

背景技术

电催化氧化技术通过产生羟基自由基等强氧化性的活性基团来降解废水中的有机污染 物，在处理高浓度、难生化降解废水方面具有无二次污染、成本低、适用性强、效率高等特 点，其中三维电催化氧化技术，通过在二维电极的阳极和阴极之间加入具有催化活性的粒子 电极，通过某种方式使填充的粒状电极表面带电，改善了二维电极的其有效面积小、传质效 果差、电流效率低等缺陷，适用于各种浓度的废水，即使对污染物浓度很低的废水也有较好 的处理效果，是目前研究较多的一种电催化氧化水处理技术。将三维电极法应用于废水处理， 其处理效果不仅与主电极性能密切相关，而且和粒子电极的性能有很大关系，因此如何提高 粒子电极的催化性能成为了近年来研究的热点。

常用的粒子电极材料主要有金属导体、金属氧化物、镀有金属层的玻璃球或塑料球、石 墨粒子、活性氧化铝粒子、碳纤维材料以及活性炭颗粒等。传统电极的电阻较大、导电率低 是使得其在废水处理中电流效率低、稳定性不够、寿命短、电极材料成本较高，而且电极制 备工艺复杂，限制了粒子电极材料的发展，所以新型粒子电极材料的研究还需要进一步加强。 近些年采用浸渍-热分解法制备负载型粒子电极受到越来越多的学者重视，但是存在着重复使 用效果差、电极效率低等缺点，目前还缺少粒子电极制备工艺方面的研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种对含氮硫氧杂环化合物具有高效催化降解功能的电催化剂及制 备方法，所述的电催化剂为含CoO中间层的负载Ag掺杂NiO-CeO₂活性氧化铝粒子电极。 其制备方法的具体步骤如下：

(1)将300g粒径为3-5mm的γ-A1₂O₃球用500ml去离子水洗涤，重复洗涤3次，然后放 入200ml无水乙醇中浸泡10h，用500ml去离子水清洗1次后，在80℃条件下干燥10h，得 到颗粒物质A；

(2)将50ml浓度为0.5mol/L的AgNO₃加入150ml异丙醇中，得到溶液A；

(3)将步骤(1)得到的颗粒物质A加入步骤(2)得到的溶液A中，并在摇床中摇动3h， 过滤得到颗粒物质B和微乳液X，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质B，重复洗 涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质C；

(4)将步骤(3)得到的颗粒物质C置于马弗炉中在500℃条件下焙烧4h，得到颗粒物 质D；

(5)将步骤(4)得到的颗粒物质D加入步骤(3)得到的微乳液X中，并在摇床中摇 动3h，过滤除去液体得到颗粒物质E，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质E，重 复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，然后置于马弗炉中在500℃条件下焙烧4h，得到 颗粒物质F；

(6)将10ml浓度为0.5mol/L的Ce(NO₃)₂溶液和100ml浓度为0.5mol/L的CoCl₂溶液 加入到120ml异丙醇和5ml浓盐酸中，然后再加入10ml浓度为0.5mol/L的NiCl₂溶液，摇匀 后分成等量5份，得到溶液B₁、溶液B₂、溶液B₃、溶液B₄、溶液B₅；

(7)将步骤(5)得到的颗粒物质F加入步骤(6)得到的溶液B₁中，并在摇床中摇动 3h，过滤除去液体得到颗粒物质G1，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质G1，重 复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质H1；

(8)将步骤(7)得到的颗粒物质H₁加入步骤(6)得到的溶液B2中，并在摇床中摇动 3h，过滤除去液体得到颗粒物质G2，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质G2，重 复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质H₂；

(9)将步骤(8)得到的颗粒物质H₂加入步骤(6)得到的溶液B₃中，并在摇床中摇动 3h，过滤除去液体得到颗粒物质G3，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质G3，重 复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质H₃；

(10)将步骤(9)得到的颗粒物质H₃加入步骤(6)得到的溶液B₄中，并在摇床中摇 动3h，过滤除去液体得到颗粒物质G4，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质G4， 重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质H₄；

(11)将步骤(10)得到的颗粒物质H₄加入步骤(6)得到的溶液B₅中，并在摇床中摇 动3h，过滤除去液体得到颗粒物质G5，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质G5， 重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质H₅；将H₅置于马弗炉中在550℃ 条件下焙烧4h，得到颗粒物质I；

(12)将20ml浓度为0.5mol/L的Ce(NO₃)₂溶液和80ml浓度为0.5mol/L的CoCl₂溶液 加入到120ml异丙醇和5ml浓盐酸中，然后再加入20ml浓度为0.5mol/L的NiCl₂溶液，得到 溶液C；

(13)将步骤(11)得到的颗粒物质I加入步骤(12)得到的溶液C中，并在摇床中摇 动3h；过滤除去液体得到颗粒物质J，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质J，重 复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质K；

(14)将40ml浓度为0.5mol/L的Ce(NO₃)₂溶液和40ml浓度为0.5mol/L的CoCl₂溶液 加入到120ml异丙醇和5ml浓盐酸中，然后再加入40ml浓度为0.5mol/L的NiCl₂溶液，得到 溶液D；

(15)将步骤(13)得到的颗粒物质K加入步骤(14)得到的溶液D中，并在摇床中摇 动3h；过滤除去液体得到颗粒物质L，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质L，重 复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质M；

(16)将45ml浓度为0.5mol/L的Ce(NO₃)₂溶液和15ml浓度为0.5mol/L的CoCl₂溶液 加入到120ml异丙醇和5ml浓盐酸中，然后再加入60ml浓度为0.5mol/L的NiCl₂溶液，得到 溶液E；

(17)将步骤(15)得到的颗粒物质M加入步骤(16)得到的溶液E中，并在摇床中摇 动3h；过滤除去液体得到颗粒物质N，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质N， 重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质O；

(18)将15ml浓度为0.5mol/L的Ce(NO₃)₂溶液和5ml浓度为0.5mol/L的CoCl₂溶液加 入到120ml异丙醇和5ml浓盐酸中，然后再加入100ml浓度为0.5mol/L的NiCl₂溶液，得到 溶液F；

(19)将步骤(17)得到的颗粒物质O加入步骤(18)得到的溶液F中，并在摇床中摇 动3h；过滤除去液体得到颗粒物质P，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质P，重 复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质Q，将Q置于马弗炉中在550℃条 件下焙烧4h，得到的颗粒物质即为对含氮硫氧杂环化合物具有高效催化降解功能的电催化剂。

本发明的有益效果是，制得的对含氮硫氧杂环化合物具有高效催化降解功能的电催化剂 具有电流效率高、稳定性强、电极寿命长等特点。

具体实施方式

本发明提供一种对含氮硫氧杂环化合物具有高效催化降解功能的电催化剂及制备方法，

下面通过一个实例来说明其实施过程。

实施例1.

将300g粒径为3-5mm的γ-Al₂O₃球用500ml去离子水洗涤，重复洗涤3次，然后放入 200ml无水乙醇中浸泡10h，用500ml去离子水清洗1次后，在80℃条件下干燥10h，得到颗 粒物质A。

将50ml浓度为0.5mol/L的AgNO₃加入150ml异丙醇中，得到溶液A。将颗粒物质A 加入到溶液A中，并在摇床中摇动3h，过滤得到颗粒物质B和微乳液X，用100mL质量浓 度为95％的乙醇洗涤颗粒物质B，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物 质C；将颗粒物质C置于马弗炉中在500℃条件下焙烧4h，得到颗粒物质D；将颗粒物质D 加入到微乳液X中，并在摇床中摇动3h，过滤除去液体得到颗粒物质E，用100mL质量浓 度为95％的乙醇洗涤E，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，然后置于马弗炉中在 500℃条件下焙烧4h，得到颗粒物质F。

将10ml浓度为0.5mol/L的Ce(NO₃)₂溶液和100ml浓度为0.5mol/L的CoCl₂溶液加入到 120ml异丙醇和5ml浓盐酸中，然后再加入10ml浓度为0.5mol/L的NiCl₂溶液，摇匀后分成 等量5份，得到溶液B₁、溶液B₂、溶液B₃、溶液B₄、溶液B₅；

将颗粒物质F加入到溶液B₁中，并在摇床中摇动3h，过滤除去液体得到颗粒物质G1， 用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质G1，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥 10h，得到颗粒物质H₁；将颗粒物质H₁加入到溶液B₂中，并在摇床中摇动3h，过滤除去液 体得到颗粒物质G2，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质G2，重复洗涤2次，然 后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质H₂；将颗粒物质H₂加入到溶液B₃中，并在摇床中 摇动3h，过滤除去液体得到颗粒物质G3，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质 G3，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质H₃；将颗粒物质H₃加入到 溶液B₄中，并在摇床中摇动3h，过滤除去液体得到颗粒物质G4，用100mL质量浓度为95％ 的乙醇洗涤颗粒物质G4，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质H₄； 将颗粒物质H₄加入到溶液B₅中，并在摇床中摇动3h，过滤除去液体得到颗粒物质G5，用 100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质G5，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h， 得到颗粒物质H₅；将H₅置于马弗炉中在550℃条件下焙烧4h，得到颗粒物质I。

将20ml浓度为0.5mol/L的Ce(NO₃)₂溶液和80ml浓度为0.5mol/L的CoCl₂溶液加入到 120ml异丙醇和5ml浓盐酸中，然后再加入20ml浓度为0.5mol/L的NiCl₂溶液，得到溶液C。

将颗粒物质I加入到溶液C中，并在摇床中摇动3h；过滤除去液体得到颗粒物质J，用 100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质J，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h， 得到颗粒物质K。

将40ml浓度为0.5mol/L的Ce(NO₃)₂溶液和40ml浓度为0.5mol/L的CoCl₂溶液加入到 120ml异丙醇和5ml浓盐酸中，然后再加入40ml浓度为0.5mol/L的NiCl₂溶液，得到溶液D。

将颗粒物质K加入到溶液D中，并在摇床中摇动3h；过滤除去液体得到颗粒物质L，用 100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质L，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h， 得到颗粒物质M。

将45ml浓度为0.5mol/L的Ce(NO₃)₂溶液和15ml浓度为0.5mol/L的CoCl₂溶液加入到 120ml异丙醇和5ml浓盐酸中，然后再加入60ml浓度为0.5mol/L的NiCl₂溶液，得到溶液E。

将颗粒物质M加入到溶液E中，并在摇床中摇动3h；过滤除去液体得到颗粒物质N， 用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质N，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥 10h，得到颗粒物质O。

将15ml浓度为0.5mol/L的Ce(NO₃)₂溶液和5ml浓度为0.5mol/L的CoCl₂溶液加入到 120ml异丙醇和5ml浓盐酸中，然后再加入100ml浓度为0.5mol/L的NiCl₂溶液，得到溶液F。

将颗粒物质O加入到溶液F中，并在摇床中摇动3h；过滤除去液体得到颗粒物质P，用 100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质P，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h， 得到颗粒物质Q，将Q置于马弗炉中在550℃条件下焙烧4h，得到的颗粒物质即为对含氮硫 氧杂环化合物具有高效催化降解功能的电催化剂。

下面是运用本发明方法制得的对含氮硫氧杂环化合物具有高效催化降解功能的电催化剂 在三维电极反应器中对煤化工废水进行了降解试验，进一步说明本发明。

将本发明方法制得的对含氮硫氧杂环化合物具有高效催化降解功能的电催化剂装填在三 维电极反应器中，对煤化工废水进行了降解试验，结果表明该电极能够高效处理焦化废水中 的COD，当进水COD为512mg/L时，以本发明方法制得的对含氮硫氧杂环化合物具有高效催 化降解功能的电催化剂为第三极，在pH为4.5，电压为12V，处理时间为60min条件下，处理 后出水中的COD降低到43mg/L，处理效率达到91.60％。