Cu-Sb-SnO2陽(yáng)極材料及其制備方法和應(yīng)用

本發(fā)明涉及陽(yáng)極材料，具體涉及cu-sb-sno2陽(yáng)極材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，原位化學(xué)氧化技術(shù)(isco)以其對(duì)毒害污染物處理的高效和對(duì)生物修復(fù)的促進(jìn)作用受到了廣泛關(guān)注，同時(shí)，原位化學(xué)氧化技術(shù)能夠最大限度地減少污染物的擴(kuò)散，該技術(shù)中的原位化學(xué)氧化劑通常以現(xiàn)場(chǎng)注入的方式進(jìn)入到工業(yè)廢水或受污染地區(qū)的地下水，在諸如對(duì)流、擴(kuò)散、彌散的作用下使氧化劑覆蓋受污染范圍，實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的氧化降解過(guò)程。過(guò)硫酸鹽(pds)是環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域常用的氧化劑，其作為一種強(qiáng)氧化劑，由于其在原位化學(xué)氧化過(guò)程中產(chǎn)生高活性和選擇性的硫酸根自由基高效降解污染物，因而受到廣泛關(guān)注，已有越來(lái)越多的研究將其作為原位化學(xué)氧化劑應(yīng)用于環(huán)境的原位修復(fù)領(lǐng)域，包括地下水環(huán)境和土壤環(huán)境。例如，向地下水中直接投加過(guò)硫酸鹽，其在含水層中天然鐵錳礦物的活化作用下能降解地下水環(huán)境中的苯污染物。

2、然而，過(guò)硫酸鹽的投加方式需要根據(jù)受污染地區(qū)的實(shí)際情況篩選，包括直壓式注射法、注射井法，這無(wú)疑增加了過(guò)硫酸鹽運(yùn)輸和投加的經(jīng)濟(jì)成本。此外，過(guò)硫酸鹽的過(guò)度投加會(huì)引入額外的硫酸鹽副產(chǎn)物，對(duì)受污染地區(qū)造成二次污染。例如在酸性土壤中，過(guò)多的硫酸根會(huì)被還原生成硫化氫，加重土壤酸性，因此在使用過(guò)程中出現(xiàn)的這些問(wèn)題限制了過(guò)硫酸鹽的廣泛應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種cu-sb-sno2陽(yáng)極材料及其制備方法和應(yīng)用，cu-sb-sno2陽(yáng)極材料能夠利用環(huán)境中廣泛存在的硫酸鹽直接原位合成過(guò)硫酸鹽，并用于污染物的去除，既省去了中間運(yùn)輸步驟和投加環(huán)節(jié)，又避免了過(guò)硫酸鹽氧化劑的過(guò)度使用引入額外的副產(chǎn)物。

2、本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

3、本發(fā)明保護(hù)了cu-sb-sno2陽(yáng)極材料的制備方法，包括如下步驟：將可溶性銅鹽、可溶性銻鹽、可溶性錫鹽混合于異丙醇中，得到前驅(qū)體溶液；將鈦片浸入至前驅(qū)體溶液中，然后經(jīng)烘干、煅燒，重復(fù)浸漬-烘干-煅燒操作，得到cu-sb-sno2陽(yáng)極材料。本發(fā)明制備的cu-sb-sno2陽(yáng)極材料是一種dsa電極，dsa電極是一種以鈦為基底，表面覆蓋金屬氧化物活性涂層的陽(yáng)極，不可使用其他基底。

4、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

5、1、本發(fā)明采用分槽h型電解池，由直流電源供電，以cu-sb-sno2陽(yáng)極材料為陽(yáng)極，以導(dǎo)電電極為陰極，以硫酸鹽為電解液，采用雙電極體系，原位合成過(guò)硫酸鹽。本發(fā)明在傳統(tǒng)金屬氧化物電極中引入過(guò)渡金屬銅，制備cu-sb-sno2電極，成功調(diào)節(jié)了電子結(jié)構(gòu)，使銅在電極表面呈高價(jià)態(tài)，能夠在相對(duì)較低的電流密度、電解質(zhì)濃度和較寬的ph范圍內(nèi)通過(guò)自由基途徑高效合成過(guò)硫酸鹽，表現(xiàn)出在原位修復(fù)領(lǐng)域良好的應(yīng)用前景，為實(shí)現(xiàn)污染區(qū)域的原位修復(fù)過(guò)程提供理論基礎(chǔ)。

6、2、經(jīng)過(guò)研究，本發(fā)明得出以下結(jié)論：

7、(1)銅摻雜后的cu-sb-sno2陽(yáng)極出現(xiàn)了新的cu-o分子鍵，改善了sb-sno2電極表面的開(kāi)裂結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)致密的表面形態(tài)，也驗(yàn)證了cu摻雜的金屬氧化物陽(yáng)極制備成功。

8、(2)cu元素在反應(yīng)前后發(fā)生了價(jià)態(tài)變化，說(shuō)明電合成體系中存在cu參與的間接氧化作用，且cu-sb-sno2陽(yáng)極具有適宜的析氧過(guò)電位、電化學(xué)活性面積和較高的塔菲爾斜率，cu-sb-sno2電極表面的反應(yīng)位點(diǎn)具有更高的活性和反應(yīng)效率，為電合成過(guò)硫酸鹽提供了有利條件。另外，cu-sb-sno2陽(yáng)極電合成過(guò)硫酸鹽的過(guò)程中起主要作用的是·oh，同時(shí)電極表面負(fù)載的銅元素在通電后生成高價(jià)態(tài)的銅離子，加速了羥基的生成從而對(duì)電合成過(guò)硫酸鹽起到促進(jìn)作用。

技術(shù)特征：

1.cu-sb-sno2陽(yáng)極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的cu-sb-sno2陽(yáng)極材料的制備方法，其特征在于，可溶性銅鹽、可溶性銻鹽、可溶性錫鹽中，sn:sb:cu的摩爾比為90:4:1.0-3.0。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的cu-sb-sno2陽(yáng)極材料的制備方法，其特征在于，可溶性銅鹽、可溶性銻鹽、可溶性錫鹽中，sn:sb:cu的摩爾比為90:4:2.0。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的cu-sb-sno2陽(yáng)極材料的制備方法，其特征在于，煅燒的條件為：空氣氣氛或氧氣氣氛中，于540℃-555℃下煅燒5min-10min。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的cu-sb-sno2陽(yáng)極材料的制備方法，其特征在于，cu-sb-sno2陽(yáng)極材料中，cu-sb-sno2于鈦片表面的負(fù)載量為1.0mg·cm-2-3.0mg·cm-2。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的cu-sb-sno2陽(yáng)極材料的制備方法，其特征在于，cu-sb-sno2陽(yáng)極材料中，cu-sb-sno2于鈦片表面的負(fù)載量為2.0mg·cm-2。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的cu-sb-sno2陽(yáng)極材料的制備方法，其特征在于，鈦片在使用前，采用草酸進(jìn)行了刻蝕處理。

8.一種權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述制備方法制得的cu-sb-sno2陽(yáng)極材料。

9.一種權(quán)利要求8所述的cu-sb-sno2陽(yáng)極材料在制備電合成過(guò)硫酸鹽陽(yáng)極材料中的應(yīng)用。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于，應(yīng)用方法為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于陽(yáng)極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)是Cu?Sb?SnO<subgt;2</subgt;陽(yáng)極材料及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明采用浸漬煅燒法，制備了銅摻雜金屬氧化物陽(yáng)極，即Cu?Sb?SnO<subgt;2</subgt;陽(yáng)極材料，并采用Cu?Sb?SnO<subgt;2</subgt;陽(yáng)極材料構(gòu)建了能夠用于原位水處理的電合成過(guò)硫酸鹽體系，探究了體系運(yùn)行參數(shù)的影響，驗(yàn)證電極重復(fù)使用的穩(wěn)定性，還闡明了銅摻雜對(duì)提升電合成過(guò)硫酸鹽的關(guān)鍵機(jī)理過(guò)程。結(jié)果表明，Cu?Sb?SnO<subgt;2</subgt;陽(yáng)極材料能夠利用環(huán)境中廣泛存在的硫酸鹽直接原位合成過(guò)硫酸鹽，并用于污染物的去除，既省去了中間運(yùn)輸步驟和投加環(huán)節(jié)，又避免了過(guò)硫酸鹽氧化劑的過(guò)度使用引入額外的副產(chǎn)物。

技術(shù)研發(fā)人員：鮑建國(guó),張子怡,彭亮,胡振
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/31