[发明专利]一种以Ni-活化铝-纳米TiO2为活化中心的高效电催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及水、废水、污水或泥浆的处理，尤其涉及一种以Ni-活化铝-纳米TiO₂为活化中心的高效电催化剂。

背景技术

在现有技术中，对高浓度的有机废水处理时大多采用高级氧化法，应用较广的有超临界水氧化技术、光催化氧化技术、膜分离技术和电催化氧化法等。这些高级氧化法中多数添加了氧化剂，大部分的研究都表明在添加氧化剂的同时再添加催化剂，在其协同作用下能更好的降低废水中污染物的浓度。其中，电催化氧化法是近年来比较具有发展前景的水处理方法之一，该技术在电解的条件以及催化剂的强化作用下对废水进行处理，其具有许多优点：（1）电化学反应过程中产生的·OH具有比一般的化学反应更强的氧化和还原能力，能将废水中的大部分有机物降解成小分子有机物或CO₂、H₂O；（2）处理过程清洁，电子是电化学反应的主要反应物，电子转移只在电极及废物组分之间进行；（3）设备相对简单，可控性好，操作和维护费用较低；（4）反应条件温和，常温常压下即可运行，降低了运行成本；（5）占地面积小，处理周期短。在应用电化学法处理废水中，催化剂的选择起着关键作用，具有良好作用的催化剂既能加速氧化速率，又能降低氧化剂投加量，同时不会进入到处理系统中增加二次污染。本发明正是在这种思想的指导下开展研究的。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术不足之处而提供一种与内循环式电催化氧化设备配合使用的、可极大的增加该设备的处理效能的以Ni-活化铝-纳米TiO₂为活化中心的高效电催化剂。

本发明通过以下技术方案于以实现：一种以Ni-活化铝-纳米TiO₂为活化中心的高效电催化剂，其特征在于，它包括有活化中心、载体、助剂；所述活化中心为Ni、活化铝、纳米TiO₂按一定比例混匀，其比例按体积比计，为 0.2 ~ 0.45：0.7 ~ 0.45：0.1，所述载体为改性活性炭， 助剂为 γ-Al₂O₃， 所述活化中心、载体、助剂按一定比例混匀，其配比按质量比计，为1：1：0.5。

所述Ni为单质晶体。

所述活化铝通过对铝片进行光激发改性，其步骤为如下：

1）利用75w的疝弧光灯对铝片照射10min；

2）以80度/s的速度将铝片急速冷却至室温25℃。

所述纳米TiO₂按水热合成法制取，其步骤为如下：

1）在室温下将 粉末TiO2放入足量的10 mol /L NaOH 溶液中，充分搅拌后，移入到带聚四氟乙稀内衬的不锈钢高压反应釜内，所述足量为每1L NaOH溶液中可添加25g TiO₂，令粉末TiO₂在不添加分散剂的条件下充分分散在NaOH水溶液中；

2）对不锈钢高压反应釜内部加热，保持釜内130 ℃ 恒温，在高温高压的环境下进行水热反应，即通过NaOH水溶液使粉末TiO₂溶解并且重结晶形成中间产物Ti-O-Na，反应时间24 h；

3）开启不锈钢高压反应釜在空气中自然冷却，将反应釜中的中间产物取出抽滤、用去离子水反复清洗至pH值为7，在反复清洗过程中，用H⁺ 替代Na⁺形成Ti-OH 键，Ti-OH键脱水生成Ti-O-Ti键或Ti-O…H-O-Ti氢键，将滤饼移入烧杯内；

4）烧杯内加入足量的 0.1 mol/L HCl溶液，离子交换12 h，生成钛酸固体，所述足量为添加的HCl量将Ti-OH键完全脱水重新形成Ti-O-Ti键；

5）将钛酸固体抽滤、反复洗至pH值为7；

6) 放入烘箱，80 ℃干燥12 h，得到白色钛酸粉；

7) 取白色钛酸粉，于500 ℃下煅烧1 h，自然冷却至室温即得与投入粉末TiO₂等量的纳米TiO₂。

所述改性活性炭按如下步骤预处理：

1）将活性炭粉碎至1.0~3.0 mm粒径；

2）入蒸馏水中煮沸，洗涤次数为3~5次；

3）在烘箱内100~110℃下干燥至恒重；

4）置于石英玻璃容器中然后放入微波反应器中，在高纯氮气的保护下进行热处理，微波功率为510w，处理时间为3min。