石墨烯電極和光電Feton協同降解有機染料廢水的方法
【專利摘要】本發明公開了一種石墨烯電極和光電Feton協同降解有機染料廢水的方法,首先將石墨和變價金屬氧化物混合,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合電極;將石墨復合電極作為陰極,鐵片作為陽極,開啟光照裝置用太陽光照射電解槽對有機染料廢水進行降解。本發明將太陽光添加到電Fenton反應中形成光電Fenton體系,應用到染料廢水處理實踐中,該方法提高了對染料廢水的降解能力。
【專利說明】
石墨燦電極和光電Feton協同降解有機染料廢水的方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及有機染料廢水處理技術領域,具體涉及一種石墨稀電極和光電Feton協同降解有機染料廢水的方法。
【背景技術】
[0002]電Fenton高級氧化技術可以用來處理染料廢水和各種有毒有機污染物。Fenton反應中生成的羥基自由基活性大,氧化電位高,可以直接將有機物氧化礦化,生成水、二氧化碳和無機離子,電Fenton體系主要是在通電情況下,在陰極區電催化生產H2O2,在溶液中與變價金屬離子(如Fe3VFe2+等)反應生成強氧化劑羥基自由基(.0H),.0H活性高,氧化能力強,可以有效降解甚至礦化有機有毒污染物。
[0003]然而,單純的依靠電Fenton氧化技術對染料廢水的降解效果差。
【發明內容】
[0004]為了解決上述現有技術中存在的染料廢水降解效果差的技術問題,本發明提出了一種石墨稀電極和光電Feton協同降解有機染料廢水的方法,將太陽光添加到電Fenton反應中形成光電Fenton體系,應用到染料廢水處理實踐中,該方法提高了對染料廢水的降解能力。
[0005]其技術解決方案包括:
[0006]—種降解有機染料廢水的方法,依次包括以下步驟:
[0007]第一步、準備電解裝置,包括電解槽、位于電解槽內的電解質及兩個電極,其中,以鐵片作為陽極,以石墨復合電極作為陰極,所述電解槽內設置磁力攪拌器;
[0008]第二步、在所述電解裝置旁邊設置光照裝置,開啟光照裝置用太陽光照射所述電解槽,向所述電解槽內加入有機染料廢水,開啟磁力攪拌器,控制電壓為3?4V,有機染料廢水的pH為3?5,在室溫下對有機染料廢水進行降解。
[0009]作為本發明的一個優選方案,上述石墨復合電極的制備方法包括:
[0010]首先,將石墨和變價金屬氧化物混合,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,并將其附著在鎳網上,在一定的壓力下壓制成電極,將該電極在有機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,設置溫度80°C保溫2h,即得石墨復合電極。
[0013]優選的,選用可見光照射所述電解槽,可見光為外照式。
[0014]優選的,變價金屬氧化物為Μηθ2、納米Fe3(k或納米Cu2〇。
[0015]優選的,在10?30MPa的壓力下壓制成電極。
[0016]優選的,上述有機溶劑為丙酮溶液。
[0017]優選的,上述無水乙醇與聚四氟乙烯的體積比為I?2:1。
[0018]與現有技術相比,本發明將可見光或者太陽光添加到電Fenton反應中形成光電Fenton體系中,應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離子;以導電性良好,析氫電位較高的石墨為基體陰極制備材料,在不犧牲H2O2產率的基礎上,將變價金屬氧化物與石墨復合,制備石墨復合電極,通過將自制的石墨復合電極作為陰極,其產生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生異相Fenton反應,擴展電Fenton體系的污水處理pH范圍,操作簡單,條件易控。
[0019]本發明將電Fenton高級氧化技術與光催化有機結合起來,二者可以協同催化降解有機染料廢水,可見光可以敏化染料,具有明顯的協同催化作用,光電Fenton體系有效提高染料廢水的礦化程度。
【附圖說明】
[0020]下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明:
[0021 ]圖1為本發明所采用的裝置圖;
[0022]圖2為本發明實施例1中在暗反應、可見光光催化、電Fenton體系和光電Fenton體系對7g/L羅丹明B染料廢水降解動力學曲線圖;
[0023 ] 圖3為本發明實施例3在不同壓片壓力(分別為I OMPa、20MPa、25MPa、30MPa)下對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-石墨復合電極,5、直流電源,
6、磁力攪拌器。
【具體實施方式】
[0025]本發明提出了一種石墨烯電極和光電Feton協同降解有機染料廢水的方法,為了使本發明的優點、技術方案更加清楚、明確,下面結合具體實施例對本發明做詳細說明。
[0026]如圖1所示,本發明所采用的裝置,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內的陽極-鐵片3和陰極-石墨復合電極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對預通入其中的有機染料廢水進行充分攪拌。
[0027]下面結合上述裝置以及實施例對本發明做進一步說明。
[0028]實施例1:
[0029]本發明,降解有機染料廢水的方法,具體包括以下步驟:
[0030]首先制備石墨復合電極,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,將制備好的石墨復合電極作為陰極,鐵片作為陽極,向電解槽內投羅丹明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,用硫酸調節染料廢水的pH為3.5,可見光為外照式,采用光源為模擬太陽光,廢水處理在室溫攪拌下進行;
[0032]最后,分別進行暗反應、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)實驗,降解動力學曲線見圖2。
[0033]降解結果:12011^11內對孔雀綠的去除率分別為0.3%,3.5%、78.5%和99.7%,光電Fenton體系可大大提高對羅丹明B染料廢水的去除效率。
[0034]實施例2:
[0035]本發明,降解有機染料廢水的方法,具體包括以下步驟:
[0036]制備石墨烯復合電極,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;硫酸調節pH為3.5,太陽光福照,廢水處理在室溫攪拌下進行。
[0038]降解結果:80min內對羅丹明B的去除率分別為97.5%。
[0039]實施例3:
[0040]本發明,降解有機染料廢水的方法,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;硫酸調節pH為3.0,太陽光輻照,廢水處理在室溫攪拌下進行。120min內對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,在本說明書的教導下本領域技術人員所做出的任何等同方式,或明顯變型方式均應在本發明的保護范圍內。
【主權項】
1.一種降解有機染料廢水的方法,其特征在于,依次包括以下步驟: 第一步、準備電解裝置,包括電解槽、位于電解槽內的電解質及兩個電極,其中,以鐵片作為陽極,以石墨復合電極作為陰極,所述電解槽內設置磁力攪拌器; 第二步、在所述電解裝置旁邊設置光照裝置,開啟光照裝置用太陽光照射所述電解槽,向所述電解槽內加入有機染料廢水,開啟磁力攪拌器,控制電壓為3?4V,有機染料廢水的pH為3?5,在室溫下對有機染料廢水進行降解。2.根據權利要求1所述的降解有機染料廢水的方法,其特征在于,所述石墨復合電極的制備方法包括: 首先,將石墨和變價金屬氧化物混合,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,并將其附著在鎳網上,在一定的壓力下壓制成電極,將該電極在有機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,設置溫度80°C保溫2h,即得石墨復合電極。3.根據權利要求1所述的降解有機染料廢水的方法,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.根據權利要求2所述的降解有機染料廢水的方法,其特征在于:所述變價金屬氧化物為Mn〇2、納米Fe304或納米Cu2〇。5.根據權利要求2所述的降解有機染料廢水的方法,其特征在于:在1?30MPa的壓力下壓制成電極。6.根據權利要求2所述的降解有機染料廢水的方法,其特征在于:所述有機溶劑為丙酮溶液。7.根據權利要求2所述的降解有機染料廢水的方法,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】C02F1/461GK106006857SQ201610547239
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月12日
【發明人】程慶利, 劉栓, 陶彬, 張衛華, 劉全禎
【申請人】中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院