[发明专利]一种复合电极及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及光电催化技术领域，具体公开一种复合电极及其制备方法和应用。所述复合电极由内至外依次包括电极基体、二氧化钛纳米管、酸化碳纳米管、咪唑型离子液体和磷钼酸，其制备方法是在电极基体上制得二氧化钛纳米管，再将酸化碳纳米管负载于所述二氧化钛纳米管上，然后依次沉积咪唑型离子液体和磷钼酸。该复合电极可在较低的电流密度下高效降解多环芳烃。

技术领域

本发明涉及光电催化技术领域，尤其涉及一种复合电极及其制备方法和应用。

背景技术

多环芳烃是两个以上的芳环稠合在一起的一类化合物，它普遍存在于环境中，这类化合物由于水溶性差，且难以生物降解，因而在环境中不断累积，是一种难降解持久性有机物。随着中国工业化、城市化和农业集约化的快速发展，多环芳烃进入环境的途径越来越广泛，随之引发环境污染也愈来愈受到重视。多环芳烃是具有“三致”作用的化合物，以及生物积累、生物放大和持久性毒害作用而被视为环境有毒污染物。主要是通过大气，饮食等方式进入人体，危害人体健康。

多环芳烃具有疏水性，当苯环数目多时，脂溶性较大，大分子量的多环芳烃则会吸附于颗粒上进入沉积物，因此多环芳烃在水中多是低分子量的多环芳烃，如萘、菲和芘等。目前去除水中多环芳烃的方式主要是挥发、吸附、生物降解和光芬顿（UV/H₂O₂）等方法，虽然可以在一定程度上对多环芳烃取得一定去除效果，然而这些方法都具有一些不足，挥发和吸附等物理方法去除率较低，生物法反应缓慢且受环境因素影响，光芬顿则会消耗化学药剂使得费用较高且产生二次污染。采用光催化和电化学联合的的方法可以有效的实现光生电子和光生空穴的分离，促进自由基的生成，从而提升对目标污染物的降解效果。传统的光电催化氧化虽然可以去除水中的多环芳烃，但是对仍然存在对光的利用率低、能耗高的缺点。所以研发具有较高光利用率且能耗低的光电催化降解多环芳烃的方法具有重要意义。

发明内容

针对现有光电催化降解多环芳烃光利用率低和能耗高等问题，本发明提供一种复合电极，并提供其制备方法和应用。

为达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种复合电极，其由内至外依次包括：电极基体、二氧化钛纳米管、酸化碳纳米管、咪唑型离子液体和磷钼酸。

本发明电极中，以二氧化钛纳米管和酸化碳纳米管作为复合载体，可以有效利用太阳中可见光部分，产生的光电子通过碳纳米管和咪唑型离子液体高效传递到磷钼酸上，通过磷钼酸将光电子转化为自由基；咪唑型离子液体对磷钼酸具有较强的亲和力，且具有较好的电化学性能，有利于强化复合电极的催化性能。此外磷钼酸还可以利用紫外光产生光电子，生成强氧化性的自由基。该电极产生的大量自由基可使其在较低的电流密度下实现对多环芳烃的高效降解。本发明中二氧化钛纳米管和酸化碳纳米管的管径和长度对该复合电极的性能无显著的影响，故不对其进行限定。

所述咪唑型离子液体溶于水即可，如1,3-二烷基取代咪唑的无机酸盐等。

优选地，所述复合电极，是在电极基体上制得二氧化钛纳米管，再将酸化碳纳米管负载于所述二氧化钛纳米管上，然后依次沉积咪唑型离子液体和磷钼酸，制得所述复合电极。

相对于现有技术，本发明复合电极中，将酸化碳纳米管负载于二氧化钛纳米管上，再依次沉积咪唑型离子液体和磷钼酸，使各组分之间以层状的形式叠加，有利于光电子的规律传递，使电极性能稳定。

本发明还提供所述复合电极的制备方法，至少包括以下步骤，

（1）以至少表面含钛的基体为阳极，通过阳极氧化法在所述基体上原位生成二氧化钛纳米管；

（2）将所述酸化碳纳米管经循环伏安法负载于所述二氧化钛纳米管上得到复合载体；

（3）通过浸渍法依次将咪唑型离子液体和磷钼酸沉积于所述复合载体上。