[发明专利]用于高效快速电解难生物降解有机物的碳电极及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电学领域，涉及一种电极，具体来说是一种用于高效快速降解难生物降解有机物的活性炭电极及制备方法。

背景技术

随着工业化和城市化进程的加快，城市污水主要由含有高浓度氮磷的生活污水和工业污水组成。由于污染物成分复杂，不易降解，水质已不再是传统的“市政污水”。另一方面，随着水污染问题的日益重视，特别是自2006年国家实施节能减排以来，政府对城市污水处理厂出水水质提出了更高的要求。中国已逐步开始实施《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。目前，在中国大部分的污水处理厂仍然采用氧化沟、A₂/O活性污泥处理法，SBR法等传统方法。水质仅能满足GB18918-2002二级标准，COD最高允许排放浓度（日均值）为100mg/L，而GB18918-2002一级A标准COD最高允许排放浓度（日均值）为50mg/L。因此，探究新型污水深度处理技术，成为人们日益关注的重点。

电化学方法以其处理效率高，清洁，无二次污染的特点倍受人们青睐，但是过大的电能消耗成为制约其发展的重要因素之一。因此，在电化学降解处理过程中，除了操作条件和设备之外，电极的选择尤为重要。电极需要具有良好的可循环性、可再生性、吸附性、耐冲击负荷性以及高效的电催化性等优点，从而减少处理过程中电能的消耗。

李书红等人（Shu-Hong Li, Yue Zhao, Jian Chu, et al. Electrochemical degradation of methyl orange on Pt–Bi/C nanostructured electrode by a square-wave potential method[J]. Electrochimica Acta,2013,92:93-101.）利用Pt-Bi/C双金属碳纸电极对降解废水中的甲基橙进行了降解试验。Pt纳米粒子具有高效稳定的催化活性， Bi纳米粒子具有独特的半金属半导体性质和阻抗效应，二者组合比单独的催化剂具有大大增强的催化活性。施加方波电压，设置上电位和下电位分别为1.5V和-1.5V，电解180分钟，废水中甲基橙的降解率高达95.6%。经过四个周期的重复利用后，降解率下降至80%，下降率为16.3%。此实验中电极使用的碳纸成本较高，约0.6元/cm², 每片电极的碳纸成本约4.8元，电沉积所需的氯铂酸和硝酸铋以及电沉积液的成本约8.23元，所以每片电极所需材料的成本约13.03元，不具有经济效益。

本课题组采用采用电沉积方法将Pt和Bi负载于石墨粉-活性炭-聚四氟乙烯复合材料上，制备得到负载Pt-Bi的石墨粉-活性炭-聚四氟乙烯复合电极（一种用于高效快速降解难生物降解有机物的电极及其制备方法，发明专利申请号：201610928545.8）。添加的活性炭具有吸附效应，石墨粉具有导电性，且活性炭成本约0.036元/g，石墨粉成本约0.016元/g，粘结剂聚四氟乙烯成本约7元/g，电沉积所需的氯铂酸和硝酸铋以及电沉积液的成本约8.23元，每片电极所需的材料成本约8.53元，虽然其有机物降解率与Pt-Bi碳纸电极相当，且成本要低得多，但在电解过程中存在有机粘结剂析出而导致废水TOC无法达标的缺点。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种用于高效快速降解难生物降解有机物的活性炭电极及制备方法，所述的这种用于高效快速降解难生物降解有机物的活性炭电极及制备方法要解决现有技术中的负载Pt-Bi的石墨粉-活性炭-聚四氟乙烯复合电极在电解过程中存在有机粘结剂析出而导致废水TOC无法达标的技术问题。

本发明提供了一种用于高效快速降解难生物降解有机物的活性炭电极，包括一个石墨粉-活性炭电极，所述的石墨粉-活性炭电极由石墨粉、粘结剂和活性炭组成，所述的石墨粉、粘结剂和活性炭的质量比为0.9~1.1:4.5~5.5:3.6~4.4，在石墨粉-活活性炭电极上负载有Pt-Bi双金属。

进一步的，所述的粘结剂为水泥。

本发明还提供了上述用于高效快速降解难生物降解有机物的活性炭电极的制备方法，包括如下步骤：

1)一个制备石墨粉-活性炭复合材料的步骤，