申请日2015.09.24
公开(公告)日2015.12.02
IPC分类号C02F101/30; C02F1/461
摘要
本发明公开了一种处理有机废水用的新型填充粒子电极材料的制备方法，将γ-Al2O3载体经去离子水冲洗、超声振荡清洗、烘干预处理后，同时采用溶胶-凝胶法配制含Ce、Sb、Sn等金属离子的浸渍液，通过浸渍-热分解法制备出新型Sn-Ce-Sb/γ-Al2O3复合氧化物填充粒子电极。本发明通过Ce、Sb的掺杂，改善了粒子电极表面结构，提高了粒子电极催化氧化性能和稳定性，提供的粒子电极可有效降解有机物，处理效果好，具有很好的应用价值。
摘要附图
权利要求书
1.一种处理有机废水用的新型填充粒子电极材料的制备方法，其特征在于： 所述处理有机废水用的新型填充粒子电极材料以γ-Al2O3作为载体，γ-Al2O3载 体经去离子水冲洗、超声振荡清洗、烘干预处理后备用，同时采用溶胶-凝胶法 配制含Ce、Sb、Sn等金属离子的浸渍液，将预处理过的γ-Al2O3载体通过浸渍、 烘干、焙烧等工序，热解法在载体表面形成Sn、Ce、Sb复合氧化物活性层，从 而制备出新型Sn-Ce-Sb/γ-Al2O3复合氧化物填充粒子电极。
2.根据权利要求1所述的处理有机废水用的新型填充粒子电极材料的制备 方法，其特征在于：所述方法具体包括如下步骤：
步骤(1)γ-Al2O3选用及预处理
选用γ-Al2O3作为填充粒子电极载体，其外形为球形颗粒，粒径范围为 3-5mm，比表面积≥300m2/g，孔容≥0.4ml/g，强度≥80N/颗，堆积密度≥0.7Kg/L， 用去离子水反复冲洗，洗去颗粒表面及孔道内较多的杂质后，放入超声清洗器 内，振荡洗涤10-30min，滤去水分后在105℃的烘箱中烘干2-4h，烘干后的载 体密封保存备用;
步骤(2)浸渍液配制
采用溶胶-凝胶法，按0.5mol/L盐酸与乙醇溶液体积比1:5配制适量溶液， 将SnC14·5H2O和SbCl3按9:1摩尔比溶于溶液中，控制金属离子总浓度为1.1 mol/L，然后按Sn/Ce摩尔比5-15:1加入Ce(NO3)3·6H2O，搅拌混合制成浸渍液;
步骤(3)Sn-Ce-Sb/γ-Al2O3制备
将预处理过的γ-Al2O3载体和浸渍液按1g:1-3ml的比例混合，并在摇床中 摇动1-2h，然后过滤，在100-105℃烘干1h，再至于马弗炉中500-550℃下焙 烧2-4h，重复上述操作3-5次，其中最后一次焙烧4-6h，在空气中冷却后即制 成Sn-Ce-Sb/γ-Al2O3复合氧化物填充粒子电极。
3.根据权利要求1-2任一项所述的一种处理有机废水用的新型填充粒子电 极材料的制备方法制备得到的Sn-Ce-Sb/γ-Al2O3复合氧化物填充粒子电极。
4.如权利要求3所述的Sn-Ce-Sb/γ-Al2O3复合氧化物填充粒子电极在常 温常压下降解处理酸性橙II的应用。
说明书
处理有机废水用的新型填充粒子电极材料的制备方法
技术领域
本发明属于环保废水处理领域，具体涉及一种处理有机废水用的新型填充粒 子电极材料及其制备方法。
背景技术
电化学水处理技术因在处理有机废水中具有不消耗或很少消耗化学试剂、 不会带来二次污染、操作容易、几乎能矿化所有有机物的优点而被广泛应用于 难降解有机物处理。传统的电解反应器采用的是二维平板电极，这种反应器电 极面体比较小，传质问题不能很好的解决。填充床电化学反应器是在传统二维 平板电极填充粒子电极，在直流电场的作用下，填料粒子由静电感应而极化， 靠近阳极的一端感应为负极，而粒子的另一端感应为正极，每个粒子均形成微 型电解槽，这大幅度的提升了污染物与阳极接触并发生氧化的机会，增大了电 极比表面积，相当于传统二维电解槽的几十倍甚至上百倍，使电解效率大大提 高，因而越来越受到人们的重视。
填充粒子电极是电化学反应器提高时空产率的重要影响因子，高催化性能 的粒子电极可有效提高反应效率并能大幅度拓展有机物氧化阳极面积，采用这 种粒子电极作为填料对填充床电化学反应器的设备小型化可起到重要作用，故 制备高性能负载纳米级别催化半导体物质粒子电极具有极大的工程价值。目前， 报道的填充粒子电极以碳素类、金属氧化物类、废矿物类、负载型金属氧化物 类材料为主。其中，负载型金属氧化物粒子电极因表现出优越的催化性能和较 强的选择性，而被广大研究者关注并进行了有益的尝试。负载的金属氧化物主 要包括Fe、Co、Ni、Mn、Cu、Pb、Ce、Sn、Sb等单组分或多组分氧化物，载体 主要有活性炭、陶土、瓷环、高岭土、陶瓷、γ-Al2O3等。γ型氧化铝(γ-Al2O3) 是一种多孔性物质，每克的内表面积高达数百平方米，耐压性好，呈现多孔性、 硬度高、尺寸稳定性好等特点，广泛用作催化剂载体。近年来，以γ-Al2O3作为 粒子电极载体，考察不同金属氧化物负载后的电催化活性逐渐引起研究者们的 重视。
有研究者以γ-Al2O3为载体，制备了Cu/γ-Al2O3、Fe/γ-Al2O3、Zn/γ-Al2O3、 Mn/γ-Al2O3、Ni/γ-Al2O3、Ce/γ-Al2O3、Co/γ-Al2O3、Sn/γ-Al2O3等单组分粒 子电极，以苯酚为降解对象，结果表明Mn、Sn氧化物负载的粒子电极均表现出 了较高的催化活性，但Mn的溶出比较严重，电极稳定性不高。基于此，又考察 了Mn/Sn掺杂比对Mn-Sn-Sb/γ-Al2O3电极催化性能和稳定性的影响，制备出了 较高催化性能和稳定性的Mn-Sn-Sb/γ-Al2O3粒子电极。同时，还有研究者研制 了CuO-CeO2/γ-Al2O3粒子电极，与活性炭混合填充于反应器中，研究表明该电 极对垃圾渗滤液显示了良好的电催化活性和稳定性。说明了Ce、Sn等元素金属 氧化物负载于γ-Al2O3载体可制备电催化活性和稳定性较好的填充粒子电极。
本发明研究一种处理有机废水用的新型填充粒子电极材料及其制备方法， 所制备的电极性能优越。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种处理有机废水用 的新型填充粒子电极材料及其制备方法，通过该法提高填充粒子电极的电催化 氧化性能和稳定性。
技术方案：一种处理有机废水用的新型填充粒子电极材料的制备方法，所 述新型填充粒子电极材料以γ-Al2O3作为载体，γ-Al2O3载体经去离子水冲洗、 超声振荡清洗、烘干预处理后备用，同时采用溶胶-凝胶法配制含Ce、Sb、Sn 等金属离子的浸渍液，将预处理过的γ-Al2O3载体通过浸渍、烘干、焙烧等工序， 热解法在载体表面形成Sn、Ce、Sb复合氧化物活性层，从而制备出新型 Sn-Ce-Sb/γ-Al2O3复合氧化物填充粒子电极。
所述方法包括以下具体步骤：
(1)γ-Al2O3选用及预处理
选用γ-Al2O3作为填充粒子电极载体，其外形为球形颗粒，粒径范围为 3-5mm，比表面积≥300m2/g，孔容≥0.4ml/g，强度≥80N/颗，堆积密度≥0.7Kg/L， 用去离子水反复冲洗，洗去颗粒表面及孔道内较多的杂质后，放入超声清洗器 内，振荡洗涤10-30min，滤去水分后在105℃的烘箱中烘干2-4h，烘干后的载 体密封保存备用;
(2)浸渍液配制
采用溶胶-凝胶法，按0.5mol/L盐酸与乙醇溶液体积比1:5配制适量溶液， 将SnC14·5H2O和SbCl3按9:1摩尔比溶于溶液中，控制金属离子总浓度为1.1 mol/L，然后按Sn/Ce摩尔比5-15:1加入Ce(NO3)3·6H2O，搅拌混合制成浸渍液;
(3)Sn-Ce-Sb/γ-Al2O3制备
将预处理过的γ-Al2O3载体和浸渍液按1g:1-3ml的比例混合，并在摇床中 摇动1-2h，然后过滤，在100-105℃烘干1h，再至于马弗炉中500-550℃下焙 烧2-4h，重复上述操作3-5次，其中最后一次焙烧4-6h，在空气中冷却后即制 成Sn-Ce-Sb/γ-Al2O3复合氧化物填充粒子电极。
所述的一种处理有机废水用的新型填充粒子电极材料及其制备方法制备得 到Sn-Ce-Sb/γ-Al2O3复合氧化物填充粒子电极。
所述的Sn-Ce-Sb/γ-Al2O3复合氧化物填充粒子电极在常温常压下降解处理 酸性橙II的应用。
有益效果：按照本发明方法制得的Sn-Ce-Sb/γ-Al2O3复合氧化物填充粒子 电极，相比于未掺杂Ce、Sb的Sn/γ-Al2O3单组分氧化物填充粒子电极，Ce、Sb 掺杂在粒子电极表面形成了粒径更小的晶体结构，呈现粗糙状，基体表面被均 匀覆盖，有利于活性物质与基体表面的紧密结合，同时形成的更大的比表面积， 有利于活性物质与有机物的接触和反应。降解结果表明，Sn-Ce-Sb/γ-Al2O3复 合氧化物填充粒子电极对AOII表现出了很好的催化活性，同时表现出很强的矿 化能力。通过5次均采用3h反应时间的重复连续实验表明，Sn-Ce-Sb/γ-Al2O3粒子电极的稳定性较好，使用5次后，TOC去除率仍然保持在80%以上，且每次 降低幅度约为1%左右，相比于前述Sn/γ-Al2O3粒子电极，表现出了更好的稳定 性。
综上，本发明制备的Sn-Ce-Sb/γ-Al2O3复合氧化物填充粒子电极，电催化 性能好，使用寿命长，易于制备，具有较强的实用性，具有广阔的市场前景。
