石墨烯電極和光電Feton協(xié)同降解有機(jī)染料廢水的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種石墨烯電極和光電Feton協(xié)同降解有機(jī)染料廢水的方法，首先將石墨和變價(jià)金屬氧化物混合，依次向其中加入乳化劑、無水乙醇和聚四氟乙烯，超聲作用使其分散均勻，直至混合形成凝聚狀的膏體；然后將所得膏體碾壓成膜，并將其附著在鎳網(wǎng)上，在一定的壓力下壓制成電極，除去電極表面殘留物；將浸泡后的電極放置在紅外箱中烘干得石墨復(fù)合電極；將石墨復(fù)合電極作為陰極，鐵片作為陽極，開啟光照裝置用太陽光照射電解槽對(duì)有機(jī)染料廢水進(jìn)行降解。本發(fā)明將太陽光添加到電Fenton反應(yīng)中形成光電Fenton體系，應(yīng)用到染料廢水處理實(shí)踐中，該方法提高了對(duì)染料廢水的降解能力。
【專利說明】
石墨燦電極和光電Feton協(xié)同降解有機(jī)染料廢水的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及有機(jī)染料廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石墨稀電極和光電Feton協(xié)同降解有機(jī)染料廢水的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電Fenton高級(jí)氧化技術(shù)可以用來處理染料廢水和各種有毒有機(jī)污染物。Fenton反應(yīng)中生成的羥基自由基活性大，氧化電位高，可以直接將有機(jī)物氧化礦化，生成水、二氧化碳和無機(jī)離子，電Fenton體系主要是在通電情況下，在陰極區(qū)電催化生產(chǎn)H2O2，在溶液中與變價(jià)金屬離子(如Fe3VFe2+等)反應(yīng)生成強(qiáng)氧化劑羥基自由基(.0H)，.0H活性高，氧化能力強(qiáng)，可以有效降解甚至礦化有機(jī)有毒污染物。
[0003]然而，單純的依靠電Fenton氧化技術(shù)對(duì)染料廢水的降解效果差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的染料廢水降解效果差的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種石墨稀電極和光電Feton協(xié)同降解有機(jī)染料廢水的方法，將太陽光添加到電Fenton反應(yīng)中形成光電Fenton體系，應(yīng)用到染料廢水處理實(shí)踐中，該方法提高了對(duì)染料廢水的降解能力。
[0005]其技術(shù)解決方案包括:
[0006]—種降解有機(jī)染料廢水的方法，依次包括以下步驟:
[0007]第一步、準(zhǔn)備電解裝置，包括電解槽、位于電解槽內(nèi)的電解質(zhì)及兩個(gè)電極，其中，以鐵片作為陽極，以石墨復(fù)合電極作為陰極，所述電解槽內(nèi)設(shè)置磁力攪拌器；
[0008]第二步、在所述電解裝置旁邊設(shè)置光照裝置，開啟光照裝置用太陽光照射所述電解槽，向所述電解槽內(nèi)加入有機(jī)染料廢水，開啟磁力攪拌器，控制電壓為3?4V，有機(jī)染料廢水的pH為3?5，在室溫下對(duì)有機(jī)染料廢水進(jìn)行降解。
[0009]作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，上述石墨復(fù)合電極的制備方法包括:
[0010]首先，將石墨和變價(jià)金屬氧化物混合，依次向其中加入乳化劑、無水乙醇和聚四氟乙烯，超聲作用使其分散均勻，直至混合形成凝聚狀的膏體；
[0011]其次，將所得膏體碾壓成厚度為2?3mm的膜，并將其附著在鎳網(wǎng)上，在一定的壓力下壓制成電極，將該電極在有機(jī)溶劑中浸泡除去表面殘留物；
[0012]最后，將浸泡后的電極放置在紅外箱中，設(shè)置溫度80°C保溫2h，即得石墨復(fù)合電極。
[0013]優(yōu)選的，選用可見光照射所述電解槽，可見光為外照式。
[0014]優(yōu)選的，變價(jià)金屬氧化物為Μηθ2、納米Fe3(k或納米Cu2〇。
[0015]優(yōu)選的，在10?30MPa的壓力下壓制成電極。
[0016]優(yōu)選的，上述有機(jī)溶劑為丙酮溶液。
[0017]優(yōu)選的，上述無水乙醇與聚四氟乙烯的體積比為I?2:1。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將可見光或者太陽光添加到電Fenton反應(yīng)中形成光電Fenton體系中，應(yīng)用到染料廢水處理中，在可見光輻照下可以敏化染料，染料分子可以被分解成小分子和無機(jī)離子;以導(dǎo)電性良好，析氫電位較高的石墨為基體陰極制備材料，在不犧牲H2O2產(chǎn)率的基礎(chǔ)上，將變價(jià)金屬氧化物與石墨復(fù)合，制備石墨復(fù)合電極，通過將自制的石墨復(fù)合電極作為陰極，其產(chǎn)生H2O2的電催化效率高，在電Fenton體系中，陰極新生成的H2O2可直接與金屬氧化物發(fā)生異相Fenton反應(yīng)，擴(kuò)展電Fenton體系的污水處理pH范圍，操作簡(jiǎn)單，條件易控。
[0019]本發(fā)明將電Fenton高級(jí)氧化技術(shù)與光催化有機(jī)結(jié)合起來，二者可以協(xié)同催化降解有機(jī)染料廢水，可見光可以敏化染料，具有明顯的協(xié)同催化作用，光電Fenton體系有效提高染料廢水的礦化程度。
【附圖說明】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明:
[0021 ]圖1為本發(fā)明所采用的裝置圖；
[0022]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中在暗反應(yīng)、可見光光催化、電Fenton體系和光電Fenton體系對(duì)7g/L羅丹明B染料廢水降解動(dòng)力學(xué)曲線圖；
[0023 ] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例3在不同壓片壓力(分別為I OMPa、20MPa、25MPa、30MPa)下對(duì)染料廢水降解速率的影響圖；
[0024]圖1中，1、光照裝置，2、電解槽，3、陽極-鐵片，4、陰極-石墨復(fù)合電極，5、直流電源，
6、磁力攪拌器。
【具體實(shí)施方式】
[0025]本發(fā)明提出了一種石墨烯電極和光電Feton協(xié)同降解有機(jī)染料廢水的方法，為了使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)、技術(shù)方案更加清楚、明確，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說明。
[0026]如圖1所示，本發(fā)明所采用的裝置，包括光照裝置1、電解裝置2和磁力攪拌器6，其中，光照裝置I位于電解裝置旁邊，它提供光源照射電解裝置2，光源可以模擬太陽光，也可以為可見光，電解裝置包括電解槽2、位于電解槽2內(nèi)的陽極-鐵片3和陰極-石墨復(fù)合電極4、及位于電解槽上方的直流電源5，在電解槽2通過磁力攪拌器6對(duì)預(yù)通入其中的有機(jī)染料廢水進(jìn)行充分?jǐn)嚢琛?br>[0027]下面結(jié)合上述裝置以及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0028]實(shí)施例1:
[0029]本發(fā)明，降解有機(jī)染料廢水的方法，具體包括以下步驟:
[0030]首先制備石墨復(fù)合電極，稱取1g石墨，加入2滴“0P”乳化劑、3mL無水乙醇和1.0g聚四氟乙烯，超聲使分散均勻，直至混合物形成凝聚狀膏體，將膏體碾壓成約為2_的膜，附著在不銹鋼網(wǎng)上，在30MPa壓力下壓制得電極，于丙酮溶液中浸泡2h除去電極表面殘留的乙醇和“0P”乳化劑；紅外箱中80°C保溫2h，即制成石墨電極，其最終尺寸:底面積X高=
1.0cm2 X 5mm；
[0031]其次，將制備好的石墨復(fù)合電極作為陰極，鐵片作為陽極，向電解槽內(nèi)投羅丹明B染料廢水，羅丹明B染料廢水的投加量為7g/L，電Fenton體系外加電壓為3V，用硫酸調(diào)節(jié)染料廢水的pH為3.5，可見光為外照式，采用光源為模擬太陽光，廢水處理在室溫?cái)嚢柘逻M(jìn)行；
[0032]最后，分別進(jìn)行暗反應(yīng)、可見光光催化、電Fenton體系(不加光，通電，攪拌)和光電Fenton體系(可見光輻照，通電，攪拌)實(shí)驗(yàn)，降解動(dòng)力學(xué)曲線見圖2。
[0033]降解結(jié)果:12011^11內(nèi)對(duì)孔雀綠的去除率分別為0.3%，3.5%、78.5%和99.7%，光電Fenton體系可大大提高對(duì)羅丹明B染料廢水的去除效率。
[0034]實(shí)施例2:
[0035]本發(fā)明，降解有機(jī)染料廢水的方法，具體包括以下步驟:
[0036]制備石墨烯復(fù)合電極，稱取Sg石墨烯，加入I滴“0P”乳化劑、2mL無水乙醇和1.0g聚四氟乙烯，超聲使分散均勻，直至混合物形成凝聚狀膏體，將膏體碾壓成約為2_的膜，附著在不銹鋼網(wǎng)上，在20MPa壓力下壓制得電極，于丙酮溶液中浸泡2h除去電極表面殘留的乙醇和“0P”乳化劑;紅外箱中80°C保溫2h，即制成石墨電極，其最終尺寸:底面積X高=1.0cm2X 5mm；
[0037]將制備好的石墨烯電極為陰極，鐵片為陽極，羅丹明B染料廢水的投加量為5g/L，電Fenton體系外加電壓為4V;硫酸調(diào)節(jié)pH為3.5，太陽光福照，廢水處理在室溫?cái)嚢柘逻M(jìn)行。
[0038]降解結(jié)果:80min內(nèi)對(duì)羅丹明B的去除率分別為97.5%。
[0039]實(shí)施例3:
[0040]本發(fā)明，降解有機(jī)染料廢水的方法，具體包括以下步驟:
[0041 ] 稱取8.5g石墨烯，加入I滴“0P”乳化劑、2.5mL無水乙醇和1.0g聚四氟乙烯，超聲使分散均勻，直至混合物形成凝聚狀膏體，將膏體碾壓成約為2mm的膜，附著在不銹鋼網(wǎng)上，在不同壓力下壓制得石墨烯電極，于丙酮溶液中浸泡2h除去電極表面殘留的乙醇和“0P”乳化劑，紅外箱中80 0C保溫2h，即制成石墨電極，其最終尺寸:底面積X高=1.0cm2 X 5mm ；
[0042]將制備好的高純石墨電極為陰極，鐵片為陽極，甲基橙染料廢水的投加量為4g/L，電Fenton體系外加電壓為4V;硫酸調(diào)節(jié)pH為3.0，太陽光輻照，廢水處理在室溫?cái)嚢柘逻M(jìn)行。120min內(nèi)對(duì)甲基橙廢水的去除率為98.6%。分別在1010^、2010^、2510^、3010^壓片壓力下對(duì)染料廢水降解，降解速率的影響圖見圖3。
[0043]需要說明的是，在本說明書的教導(dǎo)下本領(lǐng)域技術(shù)人員所做出的任何等同方式，或明顯變型方式均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種降解有機(jī)染料廢水的方法，其特征在于，依次包括以下步驟: 第一步、準(zhǔn)備電解裝置，包括電解槽、位于電解槽內(nèi)的電解質(zhì)及兩個(gè)電極，其中，以鐵片作為陽極，以石墨復(fù)合電極作為陰極，所述電解槽內(nèi)設(shè)置磁力攪拌器； 第二步、在所述電解裝置旁邊設(shè)置光照裝置，開啟光照裝置用太陽光照射所述電解槽，向所述電解槽內(nèi)加入有機(jī)染料廢水，開啟磁力攪拌器，控制電壓為3?4V，有機(jī)染料廢水的pH為3?5，在室溫下對(duì)有機(jī)染料廢水進(jìn)行降解。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降解有機(jī)染料廢水的方法，其特征在于，所述石墨復(fù)合電極的制備方法包括: 首先，將石墨和變價(jià)金屬氧化物混合，依次向其中加入乳化劑、無水乙醇和聚四氟乙烯，超聲作用使其分散均勻，直至混合形成凝聚狀的膏體； 其次，將所得膏體碾壓成厚度為2?3mm的膜，并將其附著在鎳網(wǎng)上，在一定的壓力下壓制成電極，將該電極在有機(jī)溶劑中浸泡除去表面殘留物； 最后，將浸泡后的電極放置在紅外箱中，設(shè)置溫度80°C保溫2h，即得石墨復(fù)合電極。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降解有機(jī)染料廢水的方法，其特征在于:選用可見光照射所述電解槽，所述可見光為外照式。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的降解有機(jī)染料廢水的方法，其特征在于:所述變價(jià)金屬氧化物為Mn〇2、納米Fe304或納米Cu2〇。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的降解有機(jī)染料廢水的方法，其特征在于:在1?30MPa的壓力下壓制成電極。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的降解有機(jī)染料廢水的方法，其特征在于:所述有機(jī)溶劑為丙酮溶液。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的降解有機(jī)染料廢水的方法，其特征在于:所述無水乙醇與聚四氟乙烯的體積比為I?2:1。
【文檔編號(hào)】C02F1/461GK106006857SQ201610547239
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月12日
【發(fā)明人】程慶利, 劉栓, 陶彬, 張衛(wèi)華, 劉全禎
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司青島安全工程研究院