CN103964563A - 一种高效降解有机物的可见光光电-Fenton方法 - Google Patents

一种高效降解有机物的可见光光电-Fenton方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高效降解有机物的可见光光电-Fenton方法，集可见光、TiO2光催化和电-Fenton于一体，组成可见光光电-Fenton体系对有机物进行降解，具体操作步骤为：制备TNTs电极及Fe2O3/TNTs电极；以TNTs电极或Fe2O3/TNTs电极为阳极，石墨或活性炭纤维为阴极，组成可见光光电-Fenton体系，对有机物进行降解。本发明将TiO2光催化、电化学氧化及Fenton氧化技术相结合，并引入可见光，组成可见光光电-Fenton体系，将自制的TNTs电极及Fe2O3/TNTs电极用于可见光光电-Fenton体系中，实现在可见光下对有机物进行高效降解。

Description

一种高效降解有机物的可见光光电-Fenton方法
技术领域
本发明属于环境保护与治理领域，具体涉及一种高效降解有机物的可见光光电-Fenton方法。
背景技术
光催化技术是降解环境污染物的一种有效途径，已广泛应用于环境中有机物的降解。在光催化技术中，TiO2光催化凭借其稳定性好、无污染、无毒等优点广受学者热爱。然而传统的粉末TiO2光催化技术仍面临对可见光无响应、催化剂难分离、电子空穴易复合等问题，限制了其在环境净化方面的进一步应用。光电技术的提出很好的解决了催化剂固定、电子空穴的分离的问题，受到广大研究者的青睐。尤其是基于TiO2纳米管电极的光电催化技术，已被证明具有一定的可见光催化性能。
尽管TiO2纳米管电极光电催化技术弥补了传统的光催化技术的不足，但光催化效率低的问题仍然没有得到有效解决，限制其进一步的推广应用。为解决TiO2纳米管电极光催化效率低的问题，光催化技术与高级氧化技术的结合技术应运而生。电-Fenton技术是高级氧化技术中一种高效的处理方法，通过Fenton反应可以产生氧化性极强的·OH，·OH与污染物接触，直接将其氧化成H2O、CO2和小分子有机物，对污染物的去除效率较高。但对电能的消耗较大，在一定程度上限制了其应用。Khataee A.R.等指出：若将TiO2纳米管电极光催化技术与电-Fenton技术结合，不但可以解决光催化效率低的问题，在一定程度上也解决了电-Fenton工艺能耗大的问题。对TiO2纳米管电极光催化技术与电-Fenton技术结合的研究多集中在紫外光，紫外光在太阳光中只占很少一部分，若能将可见光应用于光电-Fenton反应体系并对污染物的去除有一定的效果，将对利用太阳能处理废水产生启发。
因此，制备出可见光下光电催化效率高的TiO2纳米管电极，并对其进行可见光改性，以进一步提高其在可见光下的响应，提高可见光光电-Fenton体系对污染物的降解能力，具有积极的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能提高光催化效率、降低电-Fenton的处理成本、提高可见光利用率的高效降解有机物的可见光光电-Fenton方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种高效降解有机物的可见光光电-Fenton方法，集可见光、TiO2光催化和电-Fenton于一体，组成可见光光电-Fenton体系，对有机物进行高效降解，其具体操作步骤如下：
(1)阳极氧化法制备TiO2纳米管电极，即TNTs电极：
将Ti基板材依次进行打磨、化学抛光、超声波清洗处理，然后将处理后的Ti基板材作为阳极，石墨电极作为阴极，用含有NH4F为0.1～0.5wt％浓度的丙三醇混合溶液作为电解液，丙三醇与水的体积比为4:1～9:1，采用10～30V的直流电进行电化学阳极氧化处理，30～90min后得到无定型的TNTs电极；再于管式电阻炉中500～600℃恒温煅烧60～150min，得到具有晶型的TNTs电极，备用；
(2)阴极电沉积制备Fe2O3改性TiO2纳米管电极，即Fe2O3/TNTs电极：
将步骤(1)制备的具有晶型的TNTs电极浸渍在浓度为0.025～0.25mmol/L的三价铁盐溶液中超声，然后转移到浓度为0.05～0.2mmol/L的硫酸盐溶液中，以石墨为阳极，TNTs电极为阴极，保持恒定电压5～15V，进行电沉积，使Fe3+均匀沉积到TNTs电极的管孔中，即得到Fe/TNTs电极。再以Fe/TNTs电极作为阳极，惰性电极为阴极，在浓度为0.5～2mol/L的碱性电解液中，恒电压进行阳极氧化，使Fe/TNTs电极转变成相应的Fe2O3/TNTs电极；
(3)组成可见光光电-Fenton体系及对有机物进行降解：
将步骤(1)得到的TNTs电极或步骤(2)得到的Fe2O3/TNTs电极作为阳极，碳质材料作为阴极，通过曝气装置对阴极进行曝气，同时施加直流稳压和150W氙灯可见光辐照，组成可见光光电-Fenton体系；利用可见光光电-Fenton体系对有机污染物进行降解。
所述的步骤(1)中，TNTs电极的晶型为锐钛矿和金红石的混合晶型。
所述的步骤(2)中，三价铁盐为Fe(NO3)3·9H2O、Fe2(SO4)3·9H2O、FeCl3·6H2O中的一种；硫酸盐为Na2SO4或K2SO4。
所述步骤(2)中，超声时间为5～20min，电沉积时间10～30min。
所述步骤(2)中，惰性电极为Pt电极或石墨电极，碱性溶液为KOH或NaOH，阳极氧化时间1～5min。
所述步骤(3)中，碳质材料为石墨或活性炭纤维，阳极和阴极之间的板间距为2～6cm，控制阳极电压为5～30V。
所述步骤(3)中，曝气控制曝气量为0.5～2.5L/min，可见光光电-Fenton体系的pH为2～5，支撑电解质为NaNO3或Na2SO4，浓度为1～10g/L，Fe2+的投加量为0.1～1.5mmol/L。
本发明相对于现有技术的优点和积极效果如下：
1、本发明采用阳极氧化法在Ti基板材上制备TNTs电极，能制备出形貌规整、尺寸均一的TNTs，操作简便，条件易控；以TNTs代替传统的粉体TiO2，TNTs电极的垂直结构，为电子的传输和扩散提供了更为方便的通道，减少了光生电子-空穴的复合，同时也解决了粉体TiO2存在的催化剂难分离、易造成二次污染等问题。
2、本发明将TNTs电极光催化与电-Fenton技术结合，两体系相结合，协同作用，大大提高了对有机污染物的降解能力，形成组合技术理论，为有机物的降解提供新的途径。
3、本发明对制备的TNTs电极进行改性，制备Fe2O3/TNTs电极，增加其在可见光下的响应，提高其在可见光下对有机物的降解能力。
4、本发明引入可见光，避免了使用紫外光时存在的安全隐患，所需的成本也相应降低，同时，该体系对利用太阳能有积极的引导作用，具有一定的工业推广价值。
附图说明
图1a为实例2中实验条件下制得的TNTs电极的FE-SEM图，图1b为实例2中实验条件下制得的Fe2O3/TNTs电极的FE-SEM图。
图2为实例2中实验条件下制得的XRD图，其中，曲线a为TNTs电极的XRD图，曲线b为Fe2O3/TNTs电极的XRD图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
实施例1：
(1)阳极氧化法制备TNTs电极：
将纯度>99.6％的Ti基板材用500#、1000#、1500#的金相砂纸依次进行打磨，直至表面光滑，再浸入体积比为HF：HNO3：H2O＝1：4：5的抛光液中进行化学抛光30s，然后依次采用丙酮、乙醇、纯水置于超声清洗器中清洗处理。将处理后的Ti基板材作为阳极，石墨电极作为阴极，阳极与阴极的板间距为4cm，用NH4F和丙三醇混合溶液作为电解液，丙三醇与水的体积比为9：1，含有NH4F的浓度为0.5wt％。用铜丝作导线将两级连接到直流稳压电源上，进行电化学阳极氧化反应。在该反应中控制电压为20V，阳极氧化时间为90min，得到无定型的TNTs电极；再经过升温速度为20℃/min，煅烧温度为600℃的管式电阻炉中高温煅烧120min后，得到具有一定晶型的TNTs电极。
(2)组成可见光光电-Fenton体系及对有机物进行降解：
分别将步骤(1)得到的TNTs电极作为阳极，石墨电极材为阴极，以长方形PVC槽为电解反应槽。阳极与阴极的板间距为5cm，控制的阳极电压为20V，通过曝气装置对阴极进行曝气，控制曝气量为1.5L/min，施加可见光辐照为150W氙灯，组成可见光光电-Fenton体系(TNTs+石墨+光照)。
将20mg/L的RhB作为需要降解有机污染物，投入到可见光光电-Fenton体系中进行降解反应，反应过程中始终保持匀速搅拌，该体系中反应溶液pH为3，支撑电解质为Na2SO4的投加量为10g/L；Fe2+的投加量为1mmol/L。分别用可见光光催化体系(TNTs+光源)、电-Fenton体系(TNTs+石墨)、可见光光电-Fenton体系(TNTs+石墨+光源)对RhB进行降解，反应过程中始终保持匀速搅拌，60min对RhB的去除率为分别为4.12％、44.26％、68.52％，将TNTs光催化与电-Fenton技术结合，组成可见光光电-Fenton体系中，处理效果明显提高，且去除率比单独光催化和电-Fenton去除率的加和大20.14％，表明两体系存在协同作用。
实施例2：
(1)阳极氧化法制备TNTs电极：
将纯度>99.6％的Ti基板材用500#、1000#、1500#的金相砂纸依次进行打磨，直至表面光滑，再浸入体积比为HF：HNO3：H2O＝1：4：5的抛光液中进行化学抛光30s，然后依次采用丙酮、乙醇、纯水置于超声清洗器中清洗处理。将处理后的Ti基板材作为阳极，石墨电极作为阴极，阳极与阴极的板间距为4cm，用NH4F和丙三醇混合溶液作为电解液，丙三醇与水的体积比为9：1，含有NH4F的浓度为0.5wt％。用铜丝作导线将两级连接到直流稳压电源上，进行电化学阳极氧化反应。在该反应中控制电压为20V，阳极氧化时间为90min，得到无定型的TNTs电极；再经过升温速度为20℃/min，煅烧温度为600℃的管式电阻炉中高温煅烧120min后，得到具有一定晶型的TNTs电极。
(2)阴极电沉积制备Fe2O3/TNTs电极：
将(1)制备的TNTs电极浸渍在0.05mol/L的Fe(NO3)3·9H2O溶液中，进行超声处理10min，然后转移到0.1mol/L的Na2SO4溶液中，以石墨为阳极、TNTs电极为阴极，保持8V恒电压，电沉积20min，使Fe3+均匀沉积到TNTs的管孔中，即得到Fe/TNTs电极。再以Fe/TNTs电极作为阳极，石墨电极为阴极，在1mol/L的KOH电解液中，采用8V的恒电压进行阳极氧化2min，得到Fe2O3/TNTs电极。
(3)组成可见光光电-Fenton体系及对有机物进行降解：
分别将步骤(1)、(2)得到的TNTs电极或Fe2O3/TNTs电极作为阳极，石墨电极材为阴极，以长方形PVC槽为电解反应槽。阳极与阴极的板间距为5cm，控制的阳极电压为20V，通过曝气装置对阴极进行曝气，控制曝气量为1.5L/min，施加可见光辐照为150W氙灯，组成可见光光电-Fenton体系(TNTs+石墨+光源、Fe2O3/TNTs+石墨+光源)。用该可见光光电-Fenton体系对有机污染物进行降解。
将20mg/L的RhB作为需要降解有机污染物，投入到可见光光电-Fenton体系中进行降解反应，反应过程中始终保持匀速搅拌，该体系中反应溶液pH为3，支撑电解质为Na2SO4的投加量为10g/L；Fe2+的投加量为1mmol/L。分别用可见光光电Fenton体系(TNTs+石墨+光源)，可见光光电-Fenton体系(Fe2O3/TNTs+石墨+光源)对RhB进行降解，反应过程中始终保持匀速搅拌，60min对RhB的去除率为分别为69.15％、77.29％，对TNTs电极进行改性后，制得的Fe2O3/TNTs电极在可见光光电-Fenton体系中，处理效果较TNTs有8.14％的提高。
实施例3：
(1)阳极氧化法制备TNTs电极：
将纯度>99.6％的Ti基板材用500#、1000#、1500#的金相砂纸依次进行打磨，直至表面光滑，再浸入体积比为HF：HNO3：H2O＝1：4：5的抛光液中进行化学抛光30s，然后依次采用丙酮、乙醇、纯水置于超声清洗器中清洗处理。将处理后的Ti基板材作为阳极，石墨电极作为阴极，阳极与阴极的板间距为4cm，用NH4F和丙三醇混合溶液作为电解液，丙三醇与水的体积比为9：1，含有NH4F的浓度为0.5wt％。用铜丝作导线将两级连接到直流稳压电源上，进行电化学阳极氧化反应。在该反应中控制电压为20V，阳极氧化时间为90min，得到无定型的TNTs电极；再经过升温速度为20℃/min，煅烧温度为600℃的管式电阻炉中高温煅烧120min后，得到具有一定晶型的TNTs电极。
(2)阴极电沉积制备Fe2O3/TNTs电极：
将(1)制备的TNTs电极浸渍在0.025mol/L的Fe2(SO4)3·9H2O溶液中，进行超声处理15min，然后转移到0.1mol/L的Na2SO4溶液中，以石墨为阳极、TNTs电极为阴极，保持10V恒电压，电沉积15min，使Fe3+均匀沉积到TNTs的管孔中，即得到Fe/TNTs电极。再以Fe/TNTs电极作为阳极，石墨电极为阴极，在1mol/L的KOH电解液中，采用10V的恒电压进行阳极氧化3min，得到Fe2O3/TNTs电极。
(3)组成可见光光电-Fenton体系及对有机物进行降解：
将步骤(2)得到的Fe2O3/TNTs电极作为阳极，分别将石墨或活性炭纤维(以下简称ACF)电极作为阴极，以长方形PVC槽为电解反应槽。阳极与阴极的板间距为4cm，控制的阳极电压为15V，通过曝气装置对阴极进行曝气，控制曝气量为1.0L/min，施加可见光辐照为150W氙灯，组成可见光光电-Fenton体系(Fe2O3/TNTs+石墨+光源、Fe2O3/TNTs+ACF+光源)。用可见光光电-Fenton体系对有机污染物进行降解。
将10mg/L的RhB作为需要降解有机污染物，投入到可见光光电-Fenton体系中进行降解反应，反应过程中始终保持匀速搅拌，该体系中反应溶液pH为3，支撑电解质为Na2SO4的投加量为10g/L；Fe2+的投加量为1mmol/L。分别用可见光光电Fenton体系(Fe2O3/TNTs+石墨+光源)，可见光光电-Fenton体系(Fe2O3/TNTs+ACF+光源)对RhB进行降解，反应过程中始终保持匀速搅拌，60min对RhB的去除率为分别为74.15％、81.33％，以制备的Fe2O3/TNTs电极为可见光光电-Fenton体系的阳极，阴极材料由石墨变为ACF，处理效果有7.18％的提高。
实施例4：
(1)阳极氧化法制备TNTs电极：
将纯度>99.6％的Ti基板材用500#、1000#、1500#的金相砂纸依次进行打磨，直至表面光滑，再浸入体积比为HF：HNO3：H2O＝1：4：5的抛光液中进行化学抛光30s，然后依次采用丙酮、乙醇、纯水置于超声清洗器中清洗处理。将处理后的Ti基板材作为阳极，石墨电极作为阴极，阳极与阴极的板间距为4cm，用NH4F和丙三醇混合溶液作为电解液，丙三醇与水的体积比为9：1，含有NH4F的浓度为0.5wt％。用铜丝作导线将两级连接到直流稳压电源上，进行电化学阳极氧化反应。在该反应中控制电压为20V，阳极氧化时间为90min，得到无定型的TNTs电极；再经过升温速度为20℃/min，煅烧温度为600℃的管式电阻炉中高温煅烧120min后，得到具有一定晶型的TNTs电极。
(2)阴极电沉积制备Fe2O3/TNTs电极：
将(1)制备的TNTs电极浸渍在0.05mol/L的FeCl3·6H2O溶液中，进行超声处理10min，然后转移到0.1mol/L的K2SO4溶液中，以石墨为阳极、TNTs电极为阴极，保持5V恒电压，电沉积30min，使Fe3+均匀沉积到TNTs的管孔中，即得到Fe/TNTs电极。再以Fe/TNTs电极作为阳极，石墨电极为阴极，在1mol/L的NaOH电解液中，采用5V的恒电压进行阳极氧化5min，得到Fe2O3/TNTs电极。
(3)组成可见光光电-Fenton体系及对有机物进行降解：
分别将步骤(1)、(2)得到的TNTs电极或Fe2O3/TNTs电极作为阳极，石墨电极材为阴极，以长方形PVC槽为电解反应槽。阳极与阴极的板间距为6cm，控制的阳极电压为30V，通过曝气装置对阴极进行曝气，控制曝气量为1.5L/min，施加可见光辐照为150W氙灯，组成可见光光电-Fenton体系(TNTs+石墨+光源、Fe2O3/TNTs+石墨+光源)。用可见光光电-Fenton体系对有机污染物进行降解。
将30mg/L的RhB作为需要降解有机污染物，投入到可见光光电-Fenton体系中进行降解反应，反应过程中始终保持匀速搅拌，该体系中反应溶液pH为3，支撑电解质为Na2SO4的投加量为5g/L；Fe2+的投加量为1mmol/L。分别用可见光光电Fenton体系(TNTs+石墨+光源)，可见光光电-Fenton体系(Fe2O3/TNTs+石墨+光源)对RhB进行降解，反应过程中始终保持匀速搅拌，60min对RhB的去除率为分别为61.68％、67.69％，对TNTs电极进行改性后，制得的Fe2O3/TNTs电极在可见光光电-Fenton体系中，处理效果较TNTs有6.01％的提高。
实施例5：
(1)阳极氧化法制备TNTs电极：
将纯度>99.6％的Ti基板材用500#、1000#、1500#的金相砂纸依次进行打磨，直至表面光滑，再浸入体积比为HF：HNO3：H2O＝1：4：5的抛光液中进行化学抛光30s，然后依次采用丙酮、乙醇、纯水置于超声清洗器中清洗处理。将处理后的Ti基板材作为阳极，石墨电极作为阴极，阳极与阴极的板间距为4cm，用NH4F和丙三醇混合溶液作为电解液，丙三醇与水的体积比为9：1，含有NH4F的浓度为0.5wt％。用铜丝作导线将两级连接到直流稳压电源上，进行电化学阳极氧化反应。在该反应中控制电压为20V，阳极氧化时间为90min，得到无定型的TNTs电极；再经过升温速度为20℃/min，煅烧温度为600℃的管式电阻炉中高温煅烧120min后，得到具有一定晶型的TNTs电极。
(2)阴极电沉积制备Fe2O3/TNTs电极：
将(1)制备的TNTs电极浸渍在0.025mol/L的Fe2(SO4)3·9H2O溶液中，进行超声处理10min，然后转移到0.2mol/L的Na2SO4溶液中，以石墨为阳极、TNTs电极为阴极，保持5V恒电压，电沉积15min，使Fe3+均匀沉积到TNTs的管孔中，即得到Fe/TNTs电极。再以Fe/TNTs电极作为阳极，石墨电极为阴极，在1mol/L的KOH电解液中，采用5V的恒电压进行阳极氧化5min，得到Fe2O3/TNTs电极。
(3)组成可见光光电-Fenton体系及对有机物进行降解：
分别将步骤(2)得到的Fe2O3/TNTs电极作为阳极，石墨或活性炭纤维(ACF)电极为阴极，以长方形PVC槽为电解反应槽。阳极与阴极的板间距为4cm，控制的阳极电压为30V，通过曝气装置对阴极进行曝气，控制曝气量为1.5L/min，施加可见光辐照为150W氙灯，组成可见光光电-Fenton体系(Fe2O3/TNTs+石墨+光源、Fe2O3/TNTs+ACF+光源)。用可见光光电-Fenton体系对有机污染物进行降解。
将40mg/L的RhB作为需要降解有机污染物，投入到可见光光电-Fenton体系中进行降解反应，反应过程中始终保持匀速搅拌，该体系中反应溶液pH为3，支撑电解质为Na2SO4的投加量为5g/L；Fe2+的投加量为1.5mmol/L。分别用可见光光电-Fenton体系(Fe2O3/TNTs+石墨+光源)，可见光光电-Fenton体系(Fe2O3/TNTs+ACF+光源)对RhB进行降解，反应过程中始终保持匀速搅拌，60min对RhB的去除率为分别为65.58％、71.18％，以制备的Fe2O3/TNTs电极为可见光光电-Fenton体系的阳极，阴极材料由石墨变为ACF，处理效果有5.60％的提高。
实施例6：
(1)阳极氧化法制备TNTs电极：
将纯度>99.6％的Ti基板材用500#、1000#、1500#的金相砂纸依次进行打磨，直至表面光滑，再浸入体积比为HF：HNO3：H2O＝1：4：5的抛光液中进行化学抛光30s，然后依次采用丙酮、乙醇、纯水置于超声清洗器中清洗处理。将处理后的Ti基板材作为阳极，石墨电极作为阴极，阳极与阴极的板间距为4cm，用NH4F和丙三醇混合溶液作为电解液，丙三醇与水的体积比为9：1，含有NH4F的浓度为0.5wt％。用铜丝作导线将两级连接到直流稳压电源上，进行电化学阳极氧化反应。在该反应中控制电压为20V，阳极氧化时间为90min，得到无定型的TNTs电极；再经过升温速度为20℃/min，煅烧温度为500℃的管式电阻炉中高温煅烧150min后，得到具有一定晶型的TNTs电极。
(2)阴极电沉积制备Fe2O3/TNTs电极：
将(1)制备的TNTs电极浸渍在0.25mol/L的Fe2(SO4)3·9H2O溶液中，进行超声处理5min，然后转移到0.05mol/L的Na2SO4溶液中，以Pt为阳极、TNTs电极为阴极，保持15V恒电压，电沉积10min，使Fe3+均匀沉积到TNTs的管孔中，即得到Fe/TNTs电极。再以Fe/TNTs电极作为阳极，石墨电极为阴极，在0.5mol/L的KOH电解液中，采用15V的恒电压进行阳极氧化1min，得到Fe2O3/TNTs电极。
(3)组成可见光光电-Fenton体系及对有机物进行降解：
分别将步骤(2)得到的Fe2O3/TNTs电极作为阳极，石墨和活性炭纤维(ACF)电极为阴极，以长方形PVC槽为电解反应槽。阳极与阴极的板间距为2cm，控制的阳极电压为5V，通过曝气装置对阴极进行曝气，控制曝气量为0.5L/min，施加可见光辐照为150W氙灯，组成可见光光电-Fenton体系(Fe2O3/TNTs+石墨+光源、Fe2O3/TNTs+ACF+光源)。用可见光光电-Fenton体系对有机污染物进行降解。
将40mg/L的RhB作为需要降解有机污染物，投入到可见光光电-Fenton体系中进行降解反应，反应过程中始终保持匀速搅拌，该体系中反应溶液pH为3，支撑电解质为NaNO3的投加量为5g/L；Fe2+的投加量为0.1mmol/L。分别用可见光光电-Fenton体系(Fe2O3/TNTs+石墨+光源)，可见光光电-Fenton体系(Fe2O3/TNTs+ACF+光源)对RhB进行降解，反应过程中始终保持匀速搅拌，60min对RhB的去除率为分别为41.17％、46.66％，以制备的Fe2O3/TNTs电极为可见光光电-Fenton体系的阳极，阴极材料由石墨变为ACF，处理效果有5.49％的提高。
实施例7：
(1)阳极氧化法制备TNTs电极：
将纯度>99.6％的Ti基板材用500#、1000#、1500#的金相砂纸依次进行打磨，直至表面光滑，再浸入体积比为HF：HNO3：H2O＝1：4：5的抛光液中进行化学抛光30s，然后依次采用丙酮、乙醇、纯水置于超声清洗器中清洗处理。将处理后的Ti基板材作为阳极，石墨电极作为阴极，阳极与阴极的板间距为4cm，用NH4F和丙三醇混合溶液作为电解液，丙三醇与水的体积比为4：1，含有NH4F的浓度为0.1wt％。用铜丝作导线将两级连接到直流稳压电源上，进行电化学阳极氧化反应。在该反应中控制电压为20V，阳极氧化时间为30min，得到无定型的TNTs电极；再经过升温速度为20℃/min，煅烧温度为600℃的管式电阻炉中高温煅烧60min后，得到具有一定晶型的TNTs电极。
(2)阴极电沉积制备Fe2O3/TNTs电极：
将(1)制备的TNTs电极浸渍在0.25mol/L的Fe2(SO4)3·9H2O溶液中，进行超声处理20min，然后转移到0.15mol/L的Na2SO4溶液中，以Pt为阳极、TNTs电极为阴极，保持10V恒电压，电沉积10min，使Fe3+均匀沉积到TNTs的管孔中，即得到Fe/TNTs电极。再以Fe/TNTs电极作为阳极，Pt电极为阴极，在2mol/L的KOH电解液中，采用10V的恒电压进行阳极氧化2min，得到Fe2O3/TNTs电极。
(3)组成可见光光电-Fenton体系及对有机物进行降解：
分别将步骤(2)得到的Fe2O3/TNTs电极作为阳极，石墨和活性炭纤维(ACF)电极为阴极，以长方形PVC槽为电解反应槽。阳极与阴极的板间距为6cm，控制的阳极电压为10V，通过曝气装置对阴极进行曝气，控制曝气量为2.5L/min，施加可见光辐照为150W氙灯，组成可见光光电-Fenton体系(Fe2O3/TNTs+石墨+光源、Fe2O3/TNTs+ACF+光源)。用可见光光电-Fenton体系对有机污染物进行降解。
将40mg/L的RhB作为需要降解有机污染物，投入到可见光光电-Fenton体系中进行降解反应，反应过程中始终保持匀速搅拌，该体系中反应溶液pH为5，支撑电解质为NaNO3的投加量为5g/L；Fe2+的投加量为1.5mmol/L。分别用可见光光电Fenton体系(Fe2O3/TNTs+石墨+光源)，可见光光电-Fenton体系(Fe2O3/TNTs+ACF+光源)对RhB进行降解，反应过程中始终保持匀速搅拌，60min对RhB的去除率为分别为42.22％、48.66％，以制备的Fe2O3/TNTs电极为可见光光电-Fenton体系的阳极，阴极材料由石墨变为ACF，处理效果有6.44％的提高。

Claims (7)

1.一种高效降解有机物的可见光光电-Fenton方法，其特征在于，集可见光、TiO2光催化和电-Fenton于一体，组成可见光光电-Fenton体系，对有机物进行高效降解，其具体操作步骤如下：
(1)阳极氧化法制备TiO2纳米管电极，即TNTs电极：
将Ti基板材依次进行打磨、化学抛光、超声波清洗处理，然后将处理后的Ti基板材作为阳极，石墨电极作为阴极，用含有NH4F为0.1～0.5wt％浓度的丙三醇混合溶液作为电解液，丙三醇与水的体积比为4:1～9:1，采用10～30V的直流电进行电化学阳极氧化处理，30～90min后得到无定型的TNTs电极；再于管式电阻炉中500～600℃恒温煅烧60～150min，得到具有晶型的TNTs电极，备用；
(2)阴极电沉积制备Fe2O3改性TiO2纳米管电极，即Fe2O3/TNTs电极：
将步骤(1)制备的具有晶型的TNTs电极浸渍在浓度为0.025～0.25mmol/L的三价铁盐溶液中超声，然后转移到浓度为0.05～0.2mmol/L的硫酸盐溶液中，以石墨为阳极，TNTs电极为阴极，保持恒定电压5～15V，进行电沉积，使Fe3+均匀沉积到TNTs电极的管孔中，即得到Fe/TNTs电极；再以Fe/TNTs电极作为阳极，惰性电极为阴极，在浓度为0.5～2mol/L的碱性电解液中，恒电压进行阳极氧化，使Fe/TNTs电极转变成相应的Fe2O3/TNTs电极；
(3)组成可见光光电-Fenton体系及对有机物进行降解：
将步骤(1)得到的TNTs电极或步骤(2)得到的Fe2O3/TNTs电极作为阳极，碳质材料作为阴极，通过曝气装置对阴极进行曝气，同时施加直流稳压和150W氙灯可见光辐照，组成可见光光电-Fenton体系；利用可见光光电-Fenton体系对有机污染物进行降解。
2.根据权利要求1所述的高效降解有机物的可见光光电-Fenton方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，TNTs电极的晶型为锐钛矿和金红石的混合晶型。
3.根据权利要求1所述的高效降解有机物的可见光光电-Fenton方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，三价铁盐为Fe(NO3)3·9H2O、Fe2(SO4)3·9H2O或FeCl3·6H2O中的一种；硫酸盐为Na2SO4或K2SO4。
4.根据权利要求1所述的高效降解有机物的可见光光电-Fenton方法，其特征在于，所述步骤(2)中，超声时间为5～20min，电沉积时间10～30min。
5.根据权利要求1所述的高效降解有机物的可见光光电-Fenton方法，其特征在于，所述步骤(2)中，惰性电极为Pt电极或石墨电极，碱性溶液为KOH或NaOH，阳极氧化时间1～5min。
6.根据权利要求1所述的高效降解有机物的可见光光电-Fenton方法，其特征在于，所述步骤(3)中，碳质材料为石墨或活性炭纤维，阳极和阴极之间的板间距为2～6cm，控制阳极电压为5～30V。
7.根据权利要求1所述的高效降解有机物的可见光光电-Fenton方法，其特征在于，所述步骤(3)中，曝气控制曝气量为0.5～2.5L/min，可见光光电-Fenton体系的pH为2～5，支撑电解质为NaNO3或Na2SO4，浓度为1～10g/L，Fe2+的投加量为0.1～1.5mmol/L。
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