[发明专利]一种Sb-Ni-Nd共掺杂SnO2高催化活性阳极的制备及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种微孔阳极，尤其涉及一种锑-镍-钕(Sb-Ni-Nd)共掺杂的二氧化锡微孔阳极、制备方法及应用。采用改性溶胶-凝胶法在掺杂锑(Sb)的基础上制备了共掺杂金属镍(Ni)和稀土钕(Nd)的二氧化锡阳极，用于苯酚等难降解有机物的氧化降解，极大地提高了电极的催化活性，属于电化学水处理技术领域。

背景技术

苯酚类物质是重要的有机化工原料，用它可制取酚醛树脂、己内酰胺等化工产品及中间体，在合成纤维、塑料、合成橡胶、医药、农药、香料、染料、涂料和炼油等工业中有着重要用途。此外，苯酚还可用作溶剂、实验试剂和消毒剂。目前我国苯酚的消费量已达到200万吨，随着工业的迅猛发展，不可避免地，各种含酚废水的排放量也相应增大。苯酚是工业排放废水中一类重要的有害污染物，是水中有机污染物的典型代表，对一切生物体均具有较强的毒害作用。美国环保署(USEPA)制定的关于酚的标准指出，在苯酚的浓度超过2.56mg/L时，会对淡水水生生物产生慢性毒性，3.5mg/L苯酚含量是该类化合物对人体产生危害的最低浓度；我国规定自然水体中挥发酚(以苯酚计)的限值为0.002mg/L。

目前，苯酚废水的处理技术按作用原理可以分为物化法、生物法和化学氧化法。物化法主要包括焚烧法、盐析法、吸附法、萃取法、膜技术、离子交换法等，此类方法一般操作较简单，但造价昂贵，存在二次污染等问题；生物法主要指活性污泥法、生物膜法、厌氧法、酶生物技术等，由于酚类物质对微生物的毒害作用，此类方法在实际应用中遇到很大困难；化学氧化法包括光催化氧化、超声波氧化、Fenton试剂、臭氧氧化、湿式氧化、超临界水氧化、电化学氧化等，是目前应用于苯酚催化氧化研究较多的方法。其中的电化学水处理技术因其多功能性、消耗化学试剂少、利于环保、易于实现自动化控制等优越性，属“环境友好”技术，是水污染控制领域中的研究热点。

阳极氧化的反应主要在电极表面发生，所以电极的性能好坏对污染物的去除起着至关重要的作用。在以往研究的电极中，不锈钢电极、碳素电极、Ti/RuO₂、MnO₂等存在反应活性低、稳定性差等问题，不能满足电化学反应的实际需求。Pt、PbO₂、SnO₂、BDD电极是目前已知的处理效果较好且相对稳定的电极。Pt电极造价昂贵，且容易被钝化，处理效率低下；Ti/PbO₂电极可能在电解过程中溶解出铅离子，造成水体的二次污染；Ti/BDD电极催化氧化效率很高且电极较稳定，但其制备困难又造价昂贵，不利于工业化应用与发展。所以Ti/SnO₂-Sb电极成为电化学法处理难生物降解有机废水的主要选项，但其催化活性和使用寿命有待于提高，还需进一步研究。

近年来掺杂SnO₂电极得到了一系列研究，包括Fe、Co、Pd、Ru等金属的掺杂，也有学者做了La、Ce、Gd等稀土元素的掺杂，使电极的催化活性或使用寿命有了一定的提高，但多元素共掺杂的研究目前仍较少，尤其对于过渡金属Ni与稀土元素Nd等的共掺杂，未见报道。

本发明以微孔钛(mp-Ti)板为基质，采用改性溶胶-凝胶法，制备出Sb-Ni-Nd共掺杂SnO₂电极，其催化活性明显高于现有电极，具有较好的应用前景。

发明内容

本发明旨在提供一种具有高效催化氧化能力的、以mp-Ti板为基质的Sb-Ni-Nd共掺杂的新型SnO₂电极(mp-Ti/SnO₂-Sb-Ni-Nd)、制备方法，及其应用于水中苯酚等难降解有机物的电化学氧化。

一种以mp-Ti板为基质，Sb-Ni-Nd共掺杂SnO₂电极，其特征在于，以mp-Ti板为基体，采用改性溶胶-凝胶法，同时掺杂Sb、Ni和Nd三种元素，得到Sb-Ni-Nd共掺杂SnO₂复合催化阳极，记为mp-Ti/SnO₂-Sb-Ni-Nd，其中Sb、Ni、Nd相当于掺杂。

上述一种以mp-Ti板为基质，Sb-Ni-Nd共掺杂SnO₂电极的制备方法与过程，包括以下步骤：

(1)将孔径为10～80微米的mp-Ti板在NaOH溶液中浸洗除油后，在草酸溶液中煮沸以除氧化物，二次蒸馏水清洗干净，氮气吹干备用；

(2)将柠檬酸与乙二醇充分混合，55℃～65℃下搅拌，直至完全溶解，初步形成溶胶后，在85℃～95℃下持续搅拌30min，得到稳定的溶胶。