[发明专利]一种COF负载的金属氢氧化物电极的制备方法及其应用

说明书

本发明属于电化学水处理技术领域，具体公开了一种COF负载的金属氢氧化物电极的制备方法及其应用。本发明先以2，3‑二氯‑1，4‑萘醌和苯二甲酰亚胺为原料，采用微波合成的方法制备具有大比表面积和高孔体积的COF材料，再将金属氢氧化物均匀负载到COF的表面，制得COF/金属氢氧化物电极，并将其应用于去除水中的重金属离子和硝酸盐。本发明制得的电极材料兼具吸附和电催化作用，并且可以同时处理废水中的多种污染物，具有成本低、操作简便、环境友好和反应速度快等优点，在水处理领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于电化学水处理技术领域，具体涉及一种高性能COF负载的金属氢氧化物电极的制备方法及其在同时去除水中重金属离子和硝酸盐中的应用。

背景技术

随着工业与人口的快速发展，大量含有难降解有机污染物的工业废水、医药废水与农用化学品被排入到自然水体中，给水体造成了严重的污染。这些污染物，特别是药品和个人护理用品，虽然在环境水体中的浓度较低，但可通过一系列的迁移与转化作用富集在水产品中，人类通过食用这些水产品从而对健康造成不利的影响，因此急需寻找处理此类污染物的有效可行的方法。

废水污染物主要包括硝酸盐类、酚类和重金属离子化合物三类，水污染的复杂性及多样性使得单一的传统的处理方法很难满足现代社会的需要。电化学法是一种新型的污水处理技术，近年该技术在污水处理领域受到广泛的关注。电化学水处理技术的难点在于两点:一是处理废水的效率问题，即电催化法的效率如何提高；另一个是电极寿命问题，即电极的稳定性如何提高。对于前者，要从研制高电催化活性的电极材料和有效的反应器设计入手来解决；对于后者，则要从电极材料、结构和制备方法入手去研究。工业电化学发展至今，对于各种电化学反应器的理论及制造技术已臻成熟，反应器设计问题实际上已基本解决，而当前的难点问题就是电极材料的制备方法与结构。

研制具有优异的电化学性能、且适合环境污染物去除的电极对于电化学水处理技术的应用具有重大的研究意义，常用的电化学处理废水用的电极有金属电极、钛基涂层电极和金属氧化物电极三类。

金属电极在电解过程中可能会发生溶出现象，导致阳极损耗且向溶液引入新的杂质；钛基涂层电极的制备方法比较复杂，且电极表面涂层易于脱落；金属氧化物电极具有良好的稳定性，但是电化学处理的效率较低，电极易钝化，且价格较高。因此，有必要开发一种更加稳定高效的电极材料。

发明内容

本发明的目的在于：为电化学水处理领域提供一种新的高效稳定的电极材料及其制备方法。

本发明采用的技术方案是：先以2，3-二氯-1，4-萘醌和苯二甲酰亚胺为原料，采用微波反应方法制备具有大比表面积和孔体积的COF材料，再将金属氢氧化物均匀负载到COF的表面，制得COF/金属氢氧化物电极，并将其应用于同时去除水中的重金属离子和硝酸盐。

本发明的电极为COF负载金属氢氧化物电极，金属氢氧化物选自氢氧化镍、氢氧化钴或氢氧化锰中的一种或两种，COF/金属氢氧化物中金属氢氧化物的质量占比为5-60％。

本发明还提供了一种上述电极材料的制备方法，具体操作如下：

(1)以2，3-二氯-1，4-萘醌和苯二甲酰亚胺为原料，采用微波反应方法制备具有大比表面积和孔体积的COF材料，其中，2，3-二氯-1，4-萘醌和苯二甲酰亚胺的摩尔比为1:1-1:3。

具体工艺过程如下：选择对微波吸收良好的甲基吡咯烷酮为溶剂，按照摩尔比分别加入2，3-二氯-1，4-萘醌和苯二甲酰亚胺，超声分散均匀后，置于微波反应器的反应釜中，在120℃下以非脉冲微波连续加热的方式加热混合物1～6h。冷却后过滤，分别采用乙醇和去离子水洗涤样品，获得COF材料。

(2)以上述制备的COF材料为基底，加入金属盐和尿素溶液，再采用微波水热法，将金属氢氧化物均匀负载到COF的表面，制得COF/金属氢氧化物；

其中，金属盐选自硝酸镍、硝酸钴或硝酸锰中的一种或两种。