一种表面修饰的过渡金属氧化物及其制备方法和应用与流程

本发明属于污水处理领域，具体涉及一种表面修饰的过渡金属氧化物及其制备方法和应用。

背景技术：

1、由于过渡金属氧化物作阴极在电场作用下的极化，使得过渡金属氧化物与氰基之间产生强的化学作用，诱导氰基优先在阴极先发生加氢还原。随后，生成的还原产物可在阳极氧化作用下转化成氮气。然而，可发现整个反应过程得能耗较大，且电催化体系的稳定性较差。因此，需要进一步促进氰基在该电催化系统得矿化性能及电催化系统的稳定性。

2、通过考察氰基在电催化系统中的转化过程可发现，阴极的加氢还原是整个过程的限速步骤，主要是由于还原产物与阳极产生的游离氯的反应速率是恒定的。由于阴极剧烈的析氢反应，使得氰基的转化效率偏低，且析氢反应的气泡导致电极材料易脱落，使得电催化系统的稳定性较差。析氢反应过程如下所示。

3、h++e-→hads(放电反应)

4、hads+h+(aq)+e-→h2(g)(离子原子反应)

5、hads+hads→h2(g)(结合反应)

6、其中，由于h*产生较快，使得其未及时与氰基发生加氢反应，进而自淬灭形成氢气。因此，需要控制h*的生成量，来提高h*的利用率，并且可在促进氰基矿化性能的同时，提高电催化系统的稳定性。鉴于析氢反应的放电步骤中是质子或水得电子的过程。过渡金属氧化物中的氧是作为结合质子或水的活性位点，有效地调控氧与质子或水的结合能力，可以有效调控放电反应中h*的生成，进而实现析氢反应的抑制和h*利用的提升。因此，本发明提供了一种表面修饰的过渡金属氧化物，将其应用于含氰废水处理中，可以适度抑制h*的生成，促进氰化物的矿化，且能提高电催化的稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的是在于提供一种表面修饰的过渡金属氧化物，通过引入比氧电负性更低的元素，可以削弱电极与质子或水的结合能力，适度抑制h*的生成，将其应用于含氰废水处理，可以促进氰化物的矿化，提高电催化的稳定性。

2、本发明的另一目的在于提供所述表面修饰的过渡金属氧化物的制备方法。

3、本发明的另一目的在于提供所述表面修饰的过渡金属氧化物在废水处理中的应用。

4、为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：

5、一种表面修饰的过渡金属氧化物，所述表面修饰的过渡金属氧化物为引入了比氧电负性更低的元素进行表面修饰的过渡金属氧化物；所述比氧电负性更低的元素与过渡金属氧化物的氧元素以化学键的方式连接。

6、本发明中，通过引入比氧电负性更低的元素修饰过渡金属氧化物的表面，削弱阴极与质子或水的结合能力，进而可以适度抑制h*的生成，将其应用于废水处理中，在电场作用下发生极化，表面修饰的过渡金属氧化物与氰基之间产生强的化学作用，诱导氰基在阴极发生加氢还原，随后生成的还原产物在阳极氧化作用下转化为氮气，对实际的含氰废水的处理具有很好的适用性。

7、优选地，所述表面修饰的过渡金属氧化物中比氧电负性更低的元素的引入量与过渡金属氧化物的摩尔比为0.05～0.5：1。

8、更优选地，所述表面修饰的过渡金属氧化物中比氧电负性更低的元素的引入量与过渡金属氧化物的摩尔比为0.1：1。

9、优选地，所述比氧电负性更低的元素为硫。

10、优选地，所述过渡金属氧化物为co3o4、fe2o3或nio中的一种或几种。

11、更优选地，所述过渡金属氧化物为co3o4。

12、所述表面修饰的过渡金属氧化物的制备方法，包括如下步骤：

13、将过渡金属化合物溶解于溶剂中，然后加入尿素、氟化铵、聚乙烯吡咯烷酮和硫代乙酰胺，室温搅拌得到表面修饰的过渡金属氧化物。

14、优选地，所述溶剂为乙二醇和水。

15、优选地，所述过渡金属化合物为硝酸钴、九水合硝酸铁或六水合氯化镍中的一种或几种。

16、更优选地，所述过渡金属化合物为硝酸钴。

17、优选地，所述硫代乙酰胺与过渡金属化合物的摩尔比为0.05～0.5：2。

18、更优选地，所述硫代乙酰胺与过渡金属化合物的摩尔比为0.1：1。

19、本发明还保护所述表面修饰的过渡金属氧化物在废水处理中的应用。

20、一种矿化氰化物的方法，包括如下步骤：

21、s1.采用上述表面修饰的过渡金属氧化物处理fto基板得到电极材料；

22、s2.将步骤s1.制得的电极材料作为阴极材料，以dsa电极作为阳极材料，采用电催化反应对氰化物进行矿化。

23、优选地，所述电催化反应的电压为-1～-2.5v。

24、优选地，所述电催化反应的时间为1～8h。

25、优选地，所述电催化反应的电解质为氯化钠溶液。

26、优选地，所述电催化反应的电解质的浓度为30～100mm。

27、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

28、本发明提供表面修饰的过渡金属氧化物，通过在过渡金属氧化物表面引入比氧电负性更低的元素，将其作为阴极应用于废水处理，在电场作用下发生极化，使表面修饰的过渡金属氧化物与氰基之间产生强的化学作用，诱导氰基先发生加氢还原，随后生成的还原产物在氧化作用下转化为氮气，表面修饰的过渡金属氧化物的表面，可以削弱阴极与质子或水的结合能力，进而可以适度抑制h*的生成，提高氰基的转换效率，对实际含氰废水的处理具有很好的适用性。

技术特征：

1.一种表面修饰的过渡金属氧化物，其特征在于，所述表面修饰的过渡金属氧化物为引入了比氧电负性更低的元素进行表面修饰的过渡金属氧化物；所述比氧电负性更低的元素与过渡金属氧化物的氧元素以化学键的方式连接。

2.根据权利要求1所述表面修饰的过渡金属氧化物，其特征在于，所述比氧电负性更低的元素为硫。

3.根据权利要求1所述表面修饰的过渡金属氧化物，其特征在于，所述表面修饰的过渡金属氧化物中比氧电负性更低的元素的引入量与过渡金属氧化物的摩尔比为0.05～0.5：1。

4.根据权利要求1所述表面修饰的过渡金属氧化物，其特征在于，所述过渡金属氧化物为co3o4、fe2o3或nio中的一种或几种。

5.根据权利要求4所述表面修饰的过渡金属氧化物，其特征在于，所述过渡金属氧化物为co3o4。

6.权利要求1～5任一项所述表面修饰的过渡金属氧化物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于，所述过渡金属化合物为硝酸钴、九水合硝酸铁或六水合氯化镍中的一种或几种。

8.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于，所述硫代乙酰胺与过渡金属化合物的摩尔比为0.05～0.5：2。

9.权利要求1～5任一项所述表面修饰的过渡金属氧化物在废水处理中的应用。

10.一种矿化氰化物的方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明属于污水处理领域，具体涉及一种表面修饰的过渡金属氧化物及其制备方法和应用。所述表面修饰的过渡金属氧化物为引入了比氧电负性更低的元素进行表面修饰的过渡金属氧化物，所述比氧电负性更低的元素与过渡金属氧化物的氧元素以化学键的方式连接，其可以削弱阴极与质子或水的结合能力，进而可以适度抑制H*的生成，将其应用于废水处理中，在电场作用下发生极化，表面修饰的过渡金属氧化物与氰基之间产生强的化学作用，诱导氰基在阴极发生加氢还原，随后生成的还原产物在阳极氧化作用下转化为氮气，对实际的含氰废水的处理具有很好的适用性。

技术研发人员：滕贺彬,邹建平,田磊,周志刚,吴世豪,陈鹏,巫飞尧
受保护的技术使用者：南通寰宇博新化工环保科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15