一种基于废弃美工刀片的双极电催化水处理工艺

本发明属于材料合成及废水处理，具体是涉及一种基于废弃美工刀片的双极电催化水处理工艺，具体是将tio2负载碳毡做阳极，mos2负载废弃美工刀片做阴极得到双功能电极材料，将其应用于电催化去除水中罗丹明b中。

背景技术：

1、罗丹明b作为一种典型的人造染料，主要应用于造纸工业、油漆制造、纺织染色、皮革染色等领域。大量罗丹明b废水被排放到自然水体中后，它会显著降低水生生物的透光性抑制光合作用，破坏生态平衡；同时，罗丹明b污染还可能通过饮用水源进入人体，对人类健康具有潜在的致癌性、生殖毒性和神经毒性。

2、当前在对罗丹明b废水有效处理技术中，物理吸附法产生大量危废，造成二次污染未实现真正降解；生物法处理周期长，对罗丹明b适应性差，微生物易受毒害而失活；传统化学氧化法，操作成本高且易产生二次污染；而光催化法受水体浊度和光源穿透性影响大，催化剂回收困难，能耗较高。

3、电催化氧化技术则通过电极直接产生强氧化性物种，无需外加药剂，反应条件温和，可实现对污染物的高效、可控、彻底矿化，且无二次污染问题。在电催化氧化技术中，阴阳极的选择是决定污染物降解效率、能耗及最终效果的核心因素。科学匹配阴阳极是实现高效、低耗、安全降解染料废水的关键技术前提。

4、tio2因其相对较低的电导率和较差的电化学活性而被广泛认为是一种优良的半导体光催化剂，但具有{001}晶面的形状工程tio2单晶对罗丹明b和双酚a等典型有机污染物的降解以及对复杂垃圾渗滤液的处理表现出良好的电催化活性和稳定性，同时它具有高活性、高稳定性、低成本和无毒等优点。碳毡是由微米级碳纤维交织而成，碳纤维本身具有良好的导电性，可有效减少能耗；碳毡在酸性、碱性或含盐电解质中表现出较好的化学惰性和耐腐蚀性；同时，碳毡具有高表面积与多孔结构，可为负载催化剂提供丰富的附着点位，实现高效催化降解。

5、在电催化领域，mos2因其丰度高、成本低是目前公认最具潜力的贵金属铂替代催化剂之一。然而，本征二硫化钼存在导电性差、活性位点不足以及稳定性欠佳等固有缺陷。本发明采用mos2超薄纳米片缺陷可控工程的策略，富含缺陷的mos2超薄纳米片中丰富缺陷的存在致催化惰性基面的部分破裂，暴露额外的活性边位置，从而具有良好的催化活性。此外，该催化剂还具有显著的电化学耐久性。

6、与此同时，工业生活中的美工刀片需求量大、废弃量也多，目前缺乏有效的资源化手段，由于废弃美工刀片导电、且具有较好机械强度，本发明采用废弃美工刀片作为阴极基底通过结构创新优化电场分布和流体流态，从而在降低能耗和设备成本的同时，实现处理能力的高效放大和装置的紧凑化设计。

技术实现思路

1、本发明提出了一种基于废弃美工刀片的双极电催化水处理工艺，创新采用tio2与碳毡结合、mos2与废弃美工刀片相结合，制备的tio2-mos2双功能电极，通过实验证明，使用该tio2-mos2双功能电极进行电催化去除水中罗丹明b，具有去除效率高、成本低廉且稳定性优异等特点。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

3、一种基于废弃美工刀片的双极电催化水处理工艺，包括以下步骤：

4、步骤a、利用钛酸四丁酯和氟化氢水溶液通过水热制备二氧化钛；

5、步骤b、利用四水合钼酸铵和硫脲通过水热制备二硫化钼；

6、步骤c、将二氧化钛与二硫化钼用乙醇分散后分别滴加在碳毡及废弃美工刀片上，干燥制得tio2负载碳毡、mos2负载废弃美工刀片；

7、步骤d、将tio2负载碳毡和mos2负载废弃美工刀片分别作为阳极、阴极电极，电催化降解有机污染物废水。

8、作为本发明的优选技术方案，步骤a具体步骤如下：

9、a1：将ti(oc4h9)4及hf水溶液在常温下搅拌均匀至溶液呈淡黄色；

10、a2：将溶液转移到高压反应釜中，反应时间为12~36 h，反应温度为180~260 ℃；待反应结束后，冷却至室温，得到tio2悬浊液；

11、a3：对所述tio2悬浊液进行乙醇离心洗涤，将洗涤产物在烘箱中干燥，研磨，得到tio2粉末。

12、作为本发明的优选技术方案，步骤b具体步骤如下：

13、b1：将(nh4)6mo7o24·4h2o和ch4n2s在去离子水中剧烈搅拌至形成均一溶液；

14、b2：将溶液转移到高压反应釜中，反应时间为12~24 h，反应温度为160~220 ℃；待反应结束后，冷却至室温，得到mos2悬浊液；

15、b3：对所述mos2悬浊液进行乙醇离心洗涤，将洗涤产物在烘箱中干燥，研磨，得到mos2粉末。

16、作为本发明的优选技术方案，步骤c具体步骤如下：

17、c1：将废弃美工刀片进行打磨后用乙醇冲洗干燥；

18、c2：将步骤a、b中获得的tio2粉末、mos2粉末在乙醇中超声分散，分别负载在碳毡及废弃美工刀片上，干燥。

19、作为本发明的优选技术方案，步骤d中电催化降解的有机污染物为罗丹明b，电催化降解时使用的电解质为0.1 mol/l的na2so4，阳极、阴极间距为2 cm。电催化降解时电压为1.7 v。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：

21、1、本发明将负载tio2碳毡作为阳极，利用碳毡的三维多孔结构，不仅为tio2提供了巨大的负载面积，还允许废水在电极内部流动，增强了污染物向活性位点的扩散传质，同时实现了催化剂的固定化，避免了二次污染。

22、2、本发明与现有技术中采用的贵金属掺杂电极相比，mos2原料来源广泛、成本低廉，在保证高催化活性的同时显著降低了电极材料成本。

23、3、本发明采用刀片式串联复极阴极，降低了对电源和电缆等电气设备的规格要求，减少了设备制造成本，这一结构创新兼顾了处理效率、经济性能。

1.一种基于废弃美工刀片的双极电催化水处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的基于废弃美工刀片的双极电催化水处理工艺，其特征在于，步骤a具体步骤如下：

3.如权利要求1所述的基于废弃美工刀片的双极电催化水处理工艺，其特征在于，步骤b具体步骤如下：

4.如权利要求1所述的基于废弃美工刀片的双极电催化水处理工艺，其特征在于，步骤c具体步骤如下：

5.如权利要求1所述的基于废弃美工刀片的双极电催化水处理工艺，其特征在于，步骤d中电催化降解的有机污染物为罗丹明b，电催化降解时使用的电解质为0.1 mol/l的na2so4，阳极、阴极间距为2 cm。

6.如权利要求5所述的基于废弃美工刀片的双极电催化水处理工艺，其特征在于，电催化降解时电压为1.7 v。