一种利用氧化铜‑二氧化铈电催化降解苯酚的方法与流程

本发明属于电化学降解有机废水处理领域，具体涉及一种利用cuo-ceo2电催化降解苯酚的方法。

背景技术：

近年来，随着我国工业的快速发展，随之而来的工业废水的排放在日益增多，不可避免地对环境造成的严重污染，且严重危害人类健康。酚类废水是常见工业废水中最重要的一类，也是危害最大、污染范围最广的难降解有机废水之一，被我国水污染控制列为重点解决的有害废水之一，主要来源于石油化工厂、煤气厂、焦化厂、绝缘材料厂等工业企业。对于酚类难降解有机废水的降解，我国已工业化投入使用的传统的降解方法主要有物理法、化学法和生物法等。但这些传统的技术有些只能使污染物转移，产生严重的二次污染；有些适应性差，当污染物浓度过高或过低时往往无能为力。因此，必须尽快采取切实可行的措施对存在的和潜在的环境污染和环境危害因子加以有效的治理。随着研究的深入，高级电催化氧化技术应运而生，逐渐受到研究者的青睐，已有显著的进展。

电化学氧化技术原理是利用具有催化性能的金属或金属氧化物电极，在通电条件下，在电极表面直接或者间接地产生过氧化氢、羟基自由基等强氧化性物质，直接与废水中的有机污染物反应，将其降解为二氧化碳、水和简单的有机物，避免二次污染。电催化氧化技术是一种环境友好的高级氧化技术，正在取代传统方法，成为处理苯酚废水的一种有效手段。电催化氧化技术分为阳极氧化和阴极还原两种方法。阳极氧化是利用阳极发生氧化反应而使有机污染物转化为无害的物质；而阴极还原是利用阴极发生氧气还原反应生成具有氧化活性的过氧化氢或进一步转化为羟基自由基，对有机污染物进行氧化处理。目前，对于阳极的研究较为成熟，阴极材料的研究较少。据文献报道，使用较多的阴极材料主要是碳材料，但是生成过氧化氢的浓度不高。因此，选择正确有效的阴极材料，提高氧气的利用率，增强氧气的二电子还原反应生成过氧化氢至关重要。

贵金属催化剂是首选阴极材料，其具有较好的电催化活性，但由于其价格昂贵，使得其在废水处理领域受到限制。近年来，金属氧化物材料备受研究者们的关注。cuo-ceo2是一种高稳定性、高活性的一种新型催化剂。由于二氧化铈较强的氧化还原能力和储氧释氧能力，以及二氧化铈与氧化铜之间较强的相互作用，使得cuo-ceo2复合催化剂具有较高的催化活性，且该催化剂能够促进氧气的二电子还原反应产生过氧化氢。目前，将cuo-ceo2复合催化剂作为阴极材料，进行电化学降解苯酚废水的研究尚未有报道。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种利用cuo-ceo2电催化氧化降解苯酚的方法，操作简单、效率高、环境友好，避免了传统方法带来的二次污染。该方法使用cuo-ceo2电极作为阴极，石墨片作为阳极，饱和甘汞电极作为参比电极，构成电解池，电化学降解苯酚。

一种利用cuo-ceo2电催化降解苯酚的方法，cuo-ceo2电极作为阴极、石墨片作为阳极、饱和甘汞电极作为参比电极构成三电极体系，苯酚溶液作为电解液，加入电解质，通电流，曝气环境下，电降解处理苯酚。

进一步的，所述的cuo-ceo2电极的制备方法为：1)采取溶胶凝胶法制备催化剂cuo-ceo2：按cu(no3)2·3h2o与ce(no3)3·6h2o摩尔比为(1:10)-(3:1)的比例分别溶于2-10ml去离子水中，超声搅拌至完全溶解，将二者混合于圆底烧瓶中，置于40-100℃恒温水浴锅中搅拌10-30min，然后按硝酸铈与柠檬酸摩尔比为(1:1)-(1:5)的比例加入柠檬酸，继续搅拌加热至凝胶状，取出置于60-120℃烘箱干燥8-12h，再在300-800℃马弗炉中煅烧1-5h，得到催化剂cuo-ceo2；2)将50-100mg催化剂cuo-ceo2与8-15mg炭黑，5-15μl的浓度为10-60wt％的ptfe溶液分散于2-8ml无水乙醇中，然后均匀滴在泡沫镍上，80-110℃烘干，压片，置于200-300℃的马弗炉中煅烧0.5-2h，即制作成cuo-ceo2电极。

进一步的，所述苯酚溶液浓度为25-300mg/l，优选100mg/l，体积100ml。

进一步的，所述电解质是浓度为0.01-1mol/l的硫酸钠溶液，优选0.1mol/l，加入体积为10-30ml。

进一步的，电流密度为10-60ma/cm²，优选40ma/cm²；ph值范围为1-13，优选7。

进一步的，所述泡沫镍的大小为2cm*2cm。

进一步的，调节ph值使用硫酸或氢氧化钠。

使用高效液相色谱分析上述方法的苯酚降解率，c18柱，甲醇：水的体积比为3:7，波长为270nm，柱温25℃，流速为1ml/min，保留时间6min。

本发明的有益技术效果：采用了cuo-ceo2催化剂作为阴极电极，采用三电极体系，在曝气下，通过控制苯酚的初始浓度、电解质硫酸钠的浓度、ph值、电解的电流密度等，利用阴极发生氧气还原反应生成的过氧化氢，进一步实现了对苯酚的有效降解。本发明中的不需要外加过氧化氢，利用cuo-ceo2催化剂阴极原位产生过氧化氢，避免了过氧化氢的运输问题，操作简单、反应条件温和、环境友好，降解效率高，达91％以上，在废水处理领域具有良好的发展前景。

附图说明

图1是实施例1苯酚的初始浓度对苯酚去除率的影响示意图。

图2是实施例2电解质浓度对苯酚去除率的影响示意图。

图3是实施例3ph值对苯酚去除率的影响示意图。

图4是实施例4电流密度对苯酚去除率的影响示意图。

具体实施方式

为让本发明之上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例及对比例，并配合所附图式，作详细说明如下，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

采用三电极体系，参比电极为饱和甘汞电极，阴极为自制cuo-ceo2电极，阳极为石墨电极，阴阳两极电极大小均为2cm*2cm，电极间距2cm，分别取浓度为25，50，100，200和300mg/l苯酚溶液100ml于烧杯中，加入电解质0.1mol/l的na2so4溶液20ml，调溶液成中性，电流密度为40ma/cm²，持续曝气，使溶液处于氧气饱和状态，室温下电降解时间180min，每隔20min取样，通过高效液相色谱测定苯酚的降解情况。

所述的cuo-ceo2电极的制备方法为：1)采取溶胶凝胶法制备催化剂cuo-ceo2：按cu(no3)2·3h2o与ce(no3)3·6h2o按摩尔比1:1的比例分别溶于5ml去离子水中，超声搅拌至完全溶解，将二者混合于圆底烧瓶中，置于80℃恒温水浴锅中搅拌20min，然后按硝酸铈与柠檬酸摩尔比为1:3的比例加入柠檬酸，继续搅拌加热至凝胶状，取出置于100℃烘箱干燥10h，再在500℃马弗炉中煅烧4h，得到催化剂cuo-ceo2；2)将50mg催化剂cuo-ceo2与10mg炭黑，10μl浓度为10wt％的ptfe溶液分散于4ml无水乙醇中，然后均匀滴在泡沫镍上，100℃烘干，压片，置于300℃的马弗炉中煅烧1h，即制作成cuo-ceo2电极。

实施例2

采用三电极体系，参比电极为饱和甘汞电极，阴极为实施例1制得的cuo-ceo2电极，阳极为石墨电极，阴阳两极电极大小均为2cm*2cm，电极间距2cm，分别取100mg/l苯酚溶液100ml于烧杯中，分别加入电解质0.01，0.05,0.1，0.5和1mol/l的na2so4溶液20ml体积，调溶液成中性，电流密度为40ma/cm²，持续曝气，使溶液处于氧气饱和状态，室温下电降解时间180min，每隔20min取样，通过高效液相色谱测定苯酚的降解情况。

实施例3

采用三电极体系，参比电极为饱和甘汞电极，阴极为实施例1制得的cuo-ceo2电极，阳极为石墨电极，阴阳两极电极大小均为2cm*2cm，电极间距2cm，分别取浓度为100mg/l苯酚溶液100ml于烧杯中，加入电解质0.1mol/l的na2so4溶液20ml，电流密度为40ma/cm²，用稀硫酸或氢氧化钠调节ph值分别为1，3，5，7，10和13，持续曝气，使溶液处于氧气饱和环境下，室温下电降解时间180min，每隔20min取样，通过高效液相色谱测定苯酚的降解情况。

实施例4

采用三电极体系，参比电极为饱和甘汞电极，阴极为实施例1制得的cuo-ceo2电极，阳极为石墨电极，阴阳两极电极大小均为2cm*2cm，电极间距2cm，分别取浓度为100mg/l苯酚溶液100ml于烧杯中，加入电解质0.1mol/l的na2so4溶液20ml，调溶液成中性，电流密度分别为10，20，30，40，50和60ma/cm²，持续曝气，使溶液处于氧气饱和状态，室温下电降解时间180min，每隔20min取样，通过高效液相色谱测定苯酚的降解情况。

本发明披露的利用cuo-ceo2电催化降解苯酚的方法，过程简便、环境友好、降解效率较高。本发明使用电化学催化氧化技术降解苯酚，避免了传统方法中产生的二次污染，因其成本低、操作简单、环境友好、快速高效，使得该方法在处理有机废水中拥有广阔的前景。

可以理解的是，以上是为了阐述本发明的原理和可实施性的示例，本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。