一种双光电极体系及其光电催化降解有机污染物方法

技术领域

本发明涉及光电催化氧化技术、污水处理技术领域，具体地，涉及一种双光电极体系及其光电催化降解有机污染物方法。

背景技术

随着人口的激增和工业的迅速发展，大量有毒有害的废水(如化工、医药、印染等)和生活污水排入水体，造成严重的水体环境污染并破坏了生态环境，潜在威胁人体健康。常规的水体净化技术处理效率低，难以高效去除水体中新兴有机污染物。光电催化技术因其可吸收利用太阳能，生成活性氧物种(·O

基于光催化与电催化原理构建的双光电极光电催化体系是一种低能耗、高效能去除有机污染物的新途径。具体而言，双光电极中的光阳极常为n型半导体材料，光阴极为p型半导体材料，使用的p型半导体光阴极复合n型光阳极实现光电催化体系低能耗的必要条件是p型半导体光阴极材料的费米能级低于n型光阳极，自形成内部光电压。只有在这种条件下，n型光阳极的光生电子才能在低偏置电压甚至无偏置电压下，从外电路转移至光阴极并与其光生空穴结合，n型半导体光阳极的光生空穴和p型半导体光阴极的光生电子得以分离，降低这两个光电极上的光生空穴和电子复合率，进而在大幅提高体系效能的同时降低能耗。

发明内容

本发明针对现有光电催化处理有机污染物技术的不足，选用传质效率高的网状基底(钛网，Ti mesh)制备新型氮掺杂碳点改性的四氧化三钴三维枝状纳米针阵列阴极(NCDs/Co

本发明通过以下技术方案来实现：

一种双光电极体系及其光电催化降解有机污染物方法，其特征在于：使用双光电极体系，包括光阳极、光阴极、含电解质的有机废水、灯源和石英反应池进行有机污染物的光电催化降解，其中光阴极为氮掺杂碳点改性的四氧化三钴(NCDs/Co

2.根据权利要求1所述的一种双光电极体系及其光电催化降解有机污染物方法，其特征在于，所述的NCDs/Co

1)将0.7mol/L尿素、0.285-2.9mol/L氟化铵、0.145mol/L六水合硝酸钴搅拌形成均质溶液后加入NCDs(2-10mg)，得混合溶液；

2)将步骤(1)的混合溶液转移至装有钛网的特氟龙反应釜中进行水热反应，水热过程中前驱体在钛网四周原位生长，自然冷却至室温，随后用乙醇、蒸馏水冲洗并晾干；

3)将步骤(2)的产物置于马弗炉中在300-500℃温度下煅烧，水热法在钛网上生长0.5-3mg/cm

本发明的技术原理是：

Co

本发明的主要优点是：

(1)采用NCDs修饰的Co

(2)双光电极体系(TiO

(3)TiO

(4)以钛网为基底的双光电极体系传质效率高，其去除磺胺嘧啶的效率和反应速率常数(98.54％，0.0538min

(5)TiO

附图说明

图1是本发明制备的NCDs/Co

图2是本发明制备的NCDs/Co

图3是本发明构筑的不同体系(TiO

图4是本发明构筑的TiO

图5是本发明构筑的TiO

图6是本发明构筑的TiO

图7是本发明构筑的TiO

图8是本发明构筑的TiO

图9是本发明构筑的TiO

图10是本发明构筑的TiO

图11是本发明构筑的TiO

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施案例1

NCDs/Co

本实施案例的TiO

以下以4个对照例来说明实施例1的效果

对照例1

作为对照，在实施例1其它条件不变的情况下，光阴极不采用NCDs/Co

对照例2

作为对照，在实施例1其它条件不变的情况下，光阴极不采用NCDs/Co

对照例3

作为对照，在实施例1其它条件不变的情况下，光阳极不采用TiO

对照例4

作为对照，在实施例1其它条件不变的情况下，光阳极不采用TiO

实施案例2

实施案例2的步骤基本与实施案例1相同，光阴极不采用NCDs/Co

实施案例3的步骤基本与实施案例1相同，光催化过程不施加偏压，电催化过程不加光。请参阅图5，本发明所述的TiO

实施案例3的步骤基本与实施案例1相同，除了自驱动运行、外加偏置电压为0.2V、0.6V、0.8V、1.0V。请参阅图6，本发明所述的TiO

实施案例4

实施案例4的步骤基本与实施案例1相同，除了使用的电极基底为平面形钛板。请参阅图7，本发明所述的双光电极体系以三维结构钛网为电极基底时的体系效能(SDZ，98.54％，0.0538min

实施案例5

实施案例5的步骤基本与实施案例1相同，除了目标污染物为10mg L

实施案例6

实施案例6的步骤基本与实施案例1相同，除了连续使用同一TiO

实施案例7的步骤基本与实施案例1相同，除了无LED灯源，激发光为实际太阳光，运行装置如图10所示。请参阅图11，本发明所述的TiO