技术摘要：
一种多孔亚氧化钛‑碳纳米纤维电极的制备方法及其应用，它涉及工业废水处理电极材料领域。本发明要解决亚氧化钛作在降解废水过程中存在因团聚而活性降低、因孔隙率低造成处理废水通量小的问题。本发明先合成亚氧化钛粉末，与不同分子量PAN混合静电纺丝及碳化制得多孔亚  全部
背景技术：
由难降解工业废水排放量剧增带来的水质污染已成为我国乃至全世界范围环境 污染的一个重要问题。此类难降解废水水量大、水质成分复杂，对水环境破坏力极强，威胁 健康和生存安全。难降解工业有机废水治理是长期以来环境工程界面临的难题，常规的生 物处理工艺普遍面临处理效率低、废水毒性大、运行不稳定等问题。发展以物理化学法和高 级氧化法为主的处理技术对更加高效、经济、绿色处理难降解工业废水具有特殊的战略意 义。 高级氧化工艺被公认为是处理难降解工业废水的有效方法，其中电化学处理法具 有独特的优势。目前，电化学高级氧化技术工程化应用的主要问题之一是反应效率低，这主 要是由于人们普遍采用板式电极的设计形式，其最大的弊端是传质受限。在电化学反应过 程中，有机物在电极表面能够通过直接氧化或间接氧化的方式被降解，无论是哪一种方式 其反应速率都很快，也就是说只要废水中的污染物只要到达电极表面便可迅速被分解。因 此，限制有机物去除效率的关键要素是污染物向电极表面的传质过程。虽然通过搅拌和回 流等方式能够强化污染物向电极表面的扩散，但其提升程度十分有限，最终导致污染物与 电极表面接触不充分，降解效果无法满足要求。 亚氧化钛作为电极材料电化学氧化工业废水具有较高的活性，然而其在降解废水 过程中存在因团聚而活性降低、因孔隙率低造成处理废水通量小等问题。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决亚氧化钛作在降解废水过程中存在因团聚而活性降低、 因孔隙率低造成处理废水通量小的问题。而提供一种多孔亚氧化钛-碳纳米纤维电极的制 备方法及其应用。 本发明的一种多孔亚氧化钛-碳纳米纤维电极的制备方法，它是按照以下步骤进 行的： 步骤一：制备亚氧化钛 取二氧化钛粉末为原材料，置于刚玉舟并转移至高温管式炉中，在氢气还原气氛 下煅烧制得亚氧化钛； 步骤二：静电纺丝制备多孔亚氧化钛-碳纳米纤维复合材料 取上述制备的亚氧化钛于N,N-二甲基甲酰胺溶液中，加入聚丙烯腈，配制成亚氧 化钛质量浓度为10～16％的纺丝液，随后经静电纺丝及碳化制得多孔亚氧化钛-碳纳米纤 维复合材料；其中，N,N-二甲基甲酰胺溶液与聚丙烯腈的体积质量比为20mL：1.5-2g； 步骤三：制备多孔亚氧化钛-碳纳米纤维复合电极 3 CN 111592077 A 说　明　书 2/5 页 取上述制得的多孔亚氧化钛-碳纳米纤维复合材料，添加粘结剂进行调浆，经模具 挤压成型、真空干燥、高温焙烧，即制得膜电极。 进一步地，步骤一中所述的煅烧条件为：高纯H2气氛，气体流量100-200mL/min，以 1-5℃/min速率升温至950～1100℃煅烧时间4～6h；H2的纯度为99.999％。 进一步地，所述的亚氧化钛主要成分为TinO2n-1，其中n为(3～10)范围的整数。 进一步地，步骤二所加入的聚丙烯腈为分子量150000聚丙烯腈和分子量85000聚 丙烯腈按质量比为1：0.5-2混合而成。 进一步地，所述的静电纺丝的电压为15～25kV、推流速率0.1～1mL/h、接收距离为 15cm、温度40～50℃。 进一步地，所述的碳化是指将电纺的复合纤维在管式炉中，在氮气气氛下550～ 700℃温度下保温2～3h。 进一步地，所述的粘结剂为聚全氟乙丙烯、聚四氟乙烯中的至少一种；调浆所用溶 剂采用N,N-二甲基乙酰胺、甲基吡咯烷酮中的一种或几种。 进一步地，模具挤压成型的预压压力为70～110MPa，经真空干燥后，在冷等静压机 250～300MPa的压力下进行复压，二次真空干燥和高温焙烧后制得膜电极。 本发明所制备的多孔亚氧化钛-碳纳米纤维电极应用，它用于处理废水；所述的废 水为印染废水、相对较高浓度的有毒有害废水、食品加工或养殖废水。 进一步地，所述的处理废水是指处理废水中的盐酸四环素和高毒性的藻毒素。本 发明通过在纺丝溶液配制过程中加入亚氧化钛，静电纺丝后碳化制得多孔亚氧化钛-碳纳 米纤维材料。将多孔亚氧化钛-碳纳米纤维制成电活性膜电极，通过在压力驱动下强制废水 穿过膜孔道，废水在流经膜孔内时污染物被电极氧化降解，达到强化传质和污染物降解的 目的。亚氧化钛镶嵌在多孔碳纤维中避免其团聚，既保证亚氧化钛的活性，又增加了复合电 极的比表面积、孔隙率，既增强了降解污染物时的电容特性又提高了处理废水的膜通量，有 效地实现高效降解工业废水污染物的特性。 与目前现有的技术相比，本发明具有以下有益效果：电极主要成分亚氧化钛在通 电情况下表面可产生大量的·OH自由基，具有强氧化性，可氧化降解工业废水中的有机污 染物；本发明利用电纺获得的电极材料呈现多孔碳纤维结构，孔隙率高(孔体积0.21cm3  g -1)，比表面大(352m2  g-1)，膜通量大(0.5L  m-2  s-1)，具有高效降解污染物特性；本发明是在 纺丝溶液配制过程中加入亚氧化钛，亚氧化钛镶嵌在多孔碳纤维中避免其团聚，既保证亚 氧化钛的活性，又增加了复合电极的比表面积、孔隙率，既增强了降解污染物时的电容特性 又提高了膜通量，有效地实现高效降解污染物的特性；本发明制备方法工艺简单，化学稳定 性好，使用寿命长，可适应多种有毒有害高浓度工业废水。 附图说明 图1是亚氧化钛粉末的XRD图；其中， 为Ti4O7，☆为Ti5O9； 图2是多孔亚氧化钛-CNF复合材料的SEM图； 图3是多孔亚氧化钛-CNF复合材料的降解盐酸四环素和藻毒素的降解率图；其中， 为降解盐酸四环素曲线， 降解藻毒素曲线。 4 CN 111592077 A 说　明　书 3/5 页