[发明专利]用于去除水中消毒副产物的电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，涉及用于去除水中消毒副产物的电极及其制备方法，特别涉及在碳纸表面先后分别电沉积贵金属和铁得到的电极，在通电的情况下，所述的电极能够将水中的消毒副产物还原去除。

背景技术

随着经济的发展和人口的增加，水资源短缺和水源污染已成为全球水资源面临的两大问题。目前有机和无机污染物使环境质量日益恶化，各国政府和科研工作者为之关注。在众多的污染物中，有一类具有特殊性质的化合物引起了科研人员的特别关注—消毒副产物。消毒副产物是指采用消毒剂对饮用水进行消毒时，水中的有机物或无机物与消毒剂发生反应而产生的化合物。消毒副产物对人体有潜在的致癌，致畸和致突变风险，且不容易被微生物降解。能通过呼吸道、皮肤接触和饮用等方式对人类健康造成严重危害。而卤乙酸和溴酸盐等消毒副产物因为其较高的极性和稳定性较难被去除，进一步加剧了水体的健康风险。因此，如何有效去除消毒过程中已产生的消毒副产物成为十分重要的环境问题。

目前去除水中消毒副产物的方法主要有吹脱法、活性炭、活性炭纤维技术、膜分离技术、化学氧化法和化学还原法。吹脱法具有费用低、操作简单等优点，但吹脱法对难挥发的有机物去除效果差，在消毒副产物中，有大量的非挥发性物质存在，如卤乙酸、溴酸盐等，因此吹脱法并不能完全有效的去除已经生成的消毒副产物。活性炭是一种良好的水处理剂，它能有效地去除水中非极性或憎水性有机物，从而得到广泛的应用。采用活性炭技术，可以有效去除水中微量有机物，削减水中氨氮、UV254、CODMn和三卤甲烷。但活性炭对水中有机物的去除不仅受其本身特性和水中有机物性质的影响，也受运行时间的影响。膜分离技术可以有效的去除有机物，但膜分离技术去除水中消毒副产物的效果不仅与膜材质有关，而且还受到原水浓度的影响。光催化氧化技术虽然对去除消毒副产物有较好的效果，但二氧化钛颗粒从水体中的分离使其不具备技术可应用性。

化学还原法包括金属单质法、氢催化还原法和电化学还原法。金属单质还原法是以铁、锌等金属单质为还原剂将消毒副产物还原去除，其反应条件难以控制，而且易引入金属的二次污染。氢催化还原法是以氢气为还原剂，在催化剂的作用下将消毒副产物进行还原，其反应速度快，可以避免对水的二次污染。但氢气在水中的溶解度低，且易燃易爆，运输困难，在应用时有诸多不便。电化学还原法是近年才发展出来的一种降解水中溶解性或悬浮态难生化降解有机物的技术，其以电子为还原剂，无需投加任何药剂，可以避免对出水产生二次污染，并且工艺简单，易于操作，具有较强的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于电化学处理的，价格较为低廉，电催化活性较高的用于去除水中消毒副产物的电极。

本发明的再一目的是提供一种用于去除水中消毒副产物的电极的制备方法。

本发明的用于去除水中消毒副产物的电极是以碳纸为载体，在碳纸的表面先后分别电沉积有贵金属纳米颗粒和铁纳米颗粒；在通电的情况下，所述的电极能够将水中的消毒副产物还原去除。

所述的贵金属选自钯、铂、金和钌中的一种。

所述的消毒副产物是氯酸盐、卤乙酸、溴酸盐或者是卤乙酸和溴酸盐的混合物等。

本发明的用于去除水中消毒副产物的电极的制备方法是以碳纸为载体，通过电沉积的方法，将原位生成的贵金属和铁先后分别电沉积在碳纸的表面，即可得到用于去除水中消毒副产物的电极。

本发明的用于去除水中消毒副产物的电极的制备方法是先将贵金属的可溶性前驱体溶解在盐酸中得到混合液，然后将混合液缓慢滴加到氯化铵溶液中，搅拌，静置（一般静置的时间为23～25小时），制备成贵金属的铵络合物；所述的贵金属的铵络合物的沉积电位远远偏离析氢电位；以此贵金属的铵络合物作为电镀液，以碳纸作为阴极，以铂片作为阳极，在碳纸上电沉积贵金属；然后以此电沉积有贵金属的碳纸作为阴极，以铂片作为阳极，以含有七水合硫酸亚铁的水溶液作为电镀液进行电沉积铁，电沉积铁完成后，用去离子水清洗，即得用于去除水中消毒副产物的电极。

所述的贵金属的铵络合物的电镀液为：在去离子水中，贵金属的含量为0.001～0.01mol/L，氯化铵的含量为0.01～1mol/L，盐酸的含量为0.1mol/L。

所述的在碳纸上电沉积贵金属的方法及条件：以所述的贵金属的铵络合物作为电镀液，以碳纸作为阴极，以铂片作为阳极；在电流密度为1～4mA/cm²下进行恒流电沉积10～30分钟；或在沉积电位为-0.3～-0.9V下进行恒压电沉积5～30分钟。