本发明涉及阳极材料,具体涉及cu-sb-sno2阳极材料及其制备方法和应用。
背景技术:
1、近年来,原位化学氧化技术(isco)以其对毒害污染物处理的高效和对生物修复的促进作用受到了广泛关注,同时,原位化学氧化技术能够最大限度地减少污染物的扩散,该技术中的原位化学氧化剂通常以现场注入的方式进入到工业废水或受污染地区的地下水,在诸如对流、扩散、弥散的作用下使氧化剂覆盖受污染范围,实现对污染物的氧化降解过程。过硫酸盐(pds)是环境修复领域常用的氧化剂,其作为一种强氧化剂,由于其在原位化学氧化过程中产生高活性和选择性的硫酸根自由基高效降解污染物,因而受到广泛关注,已有越来越多的研究将其作为原位化学氧化剂应用于环境的原位修复领域,包括地下水环境和土壤环境。例如,向地下水中直接投加过硫酸盐,其在含水层中天然铁锰矿物的活化作用下能降解地下水环境中的苯污染物。
2、然而,过硫酸盐的投加方式需要根据受污染地区的实际情况筛选,包括直压式注射法、注射井法,这无疑增加了过硫酸盐运输和投加的经济成本。此外,过硫酸盐的过度投加会引入额外的硫酸盐副产物,对受污染地区造成二次污染。例如在酸性土壤中,过多的硫酸根会被还原生成硫化氢,加重土壤酸性,因此在使用过程中出现的这些问题限制了过硫酸盐的广泛应用。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的不足,本发明提供了一种cu-sb-sno2阳极材料及其制备方法和应用,cu-sb-sno2阳极材料能够利用环境中广泛存在的硫酸盐直接原位合成过硫酸盐,并用于污染物的去除,既省去了中间运输步骤和投加环节,又避免了过硫酸盐氧化剂的过度使用引入额外的副产物。
2、本发明是通过如下技术方案来实现的:
3、本发明保护了cu-sb-sno2阳极材料的制备方法,包括如下步骤:将可溶性铜盐、可溶性锑盐、可溶性锡盐混合于异丙醇中,得到前驱体溶液;将钛片浸入至前驱体溶液中,然后经烘干、煅烧,重复浸渍-烘干-煅烧操作,得到cu-sb-sno2阳极材料。本发明制备的cu-sb-sno2阳极材料是一种dsa电极,dsa电极是一种以钛为基底,表面覆盖金属氧化物活性涂层的阳极,不可使用其他基底。
4、与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
5、1、本发明采用分槽h型电解池,由直流电源供电,以cu-sb-sno2阳极材料为阳极,以导电电极为阴极,以硫酸盐为电解液,采用双电极体系,原位合成过硫酸盐。本发明在传统金属氧化物电极中引入过渡金属铜,制备cu-sb-sno2电极,成功调节了电子结构,使铜在电极表面呈高价态,能够在相对较低的电流密度、电解质浓度和较宽的ph范围内通过自由基途径高效合成过硫酸盐,表现出在原位修复领域良好的应用前景,为实现污染区域的原位修复过程提供理论基础。
6、2、经过研究,本发明得出以下结论:
7、(1)铜掺杂后的cu-sb-sno2阳极出现了新的cu-o分子键,改善了sb-sno2电极表面的开裂结构,呈现致密的表面形态,也验证了cu掺杂的金属氧化物阳极制备成功。
8、(2)cu元素在反应前后发生了价态变化,说明电合成体系中存在cu参与的间接氧化作用,且cu-sb-sno2阳极具有适宜的析氧过电位、电化学活性面积和较高的塔菲尔斜率,cu-sb-sno2电极表面的反应位点具有更高的活性和反应效率,为电合成过硫酸盐提供了有利条件。另外,cu-sb-sno2阳极电合成过硫酸盐的过程中起主要作用的是·oh,同时电极表面负载的铜元素在通电后生成高价态的铜离子,加速了羟基的生成从而对电合成过硫酸盐起到促进作用。
1.cu-sb-sno2阳极材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
2.根据权利要求1所述的cu-sb-sno2阳极材料的制备方法,其特征在于,可溶性铜盐、可溶性锑盐、可溶性锡盐中,sn:sb:cu的摩尔比为90:4:1.0-3.0。
3.根据权利要求2所述的cu-sb-sno2阳极材料的制备方法,其特征在于,可溶性铜盐、可溶性锑盐、可溶性锡盐中,sn:sb:cu的摩尔比为90:4:2.0。
4.根据权利要求1所述的cu-sb-sno2阳极材料的制备方法,其特征在于,煅烧的条件为:空气气氛或氧气气氛中,于540℃-555℃下煅烧5min-10min。
5.根据权利要求1所述的cu-sb-sno2阳极材料的制备方法,其特征在于,cu-sb-sno2阳极材料中,cu-sb-sno2于钛片表面的负载量为1.0mg·cm-2-3.0mg·cm-2。
6.根据权利要求5所述的cu-sb-sno2阳极材料的制备方法,其特征在于,cu-sb-sno2阳极材料中,cu-sb-sno2于钛片表面的负载量为2.0mg·cm-2。
7.根据权利要求1所述的cu-sb-sno2阳极材料的制备方法,其特征在于,钛片在使用前,采用草酸进行了刻蚀处理。
8.一种权利要求1-7任一项所述制备方法制得的cu-sb-sno2阳极材料。
9.一种权利要求8所述的cu-sb-sno2阳极材料在制备电合成过硫酸盐阳极材料中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用,其特征在于,应用方法为: