用于光电-Fenton处理系统的多孔膜阴极及其制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于光电-Fenton处理系统的多孔膜阴极及其制备工艺。将石墨粉前处理得到后物质B，物质B再经过KNO3水溶液、壬基酚聚氧乙烯醚水溶液、乙醇、叔丁醇和聚四氟乙烯乳液处理后得到膏状物A；将膏状物A涂抹在处理后的镍网一侧经挤压处理得到物质E；制备溶液C；将物质B、KNO3水溶液、壬基酚聚氧乙烯醚水溶液、乙醚、甲醇、二乙基蒽醌、溶液C和聚四氟乙烯乳液制备成膏状物B；将膏状物B涂抹在物质E的另一侧再经挤压、煅烧、冷却后即可得到用于光电-Fenton处理系统的多孔膜阴极。
【专利说明】用于光电-Fenton处理系统的多孔膜阴极及其制备工艺
【技术领域】
[0001]本发明属于电催化氧还原的化学修饰电极【技术领域】，特别涉及一种用于光电-Fenton处理系统的多孔膜阴极及其制备工艺。
【背景技术】
[0002]近年来，利用电化学方法处理难降解有机废水逐渐被人们所重视，其中双氧水因其无毒、无残留的特点而倍受关注。双氧水可进一步与Fe2+发生芬顿(Fenton)反应，转化为强氧化剂羟基自由基(.0H)，可以大大提高污染物的去除率。目前在水处理技术中采用的双氧水外加方式不仅增加了废水处理的运输成本，而且由于双氧水易分解，使其活性降低，因此如何现场制备双氧水成为研究的热点。国内外许多学者对如何利用电化学方法产生双氧水进行了研究，目前这方面的研究主要集中在新型阴极材料的探索，有很多研究集中在修饰阴极材料以提高其氧还原催化性能，以产生更多的双氧水。要获得较高双氧水的产率，需要选择合适的电极，增加氧气向电极表面传质，同时电极要对氧还原反应具有很好的催化活性，并且能很好的抑制氧气的4电子还原并促进生成过氧化氢的2电子还原。这些因素主要取决于电极材料的性能及阴极的结构组成，因此开发合适的阴极材料是提高过氧化氢产率的关键。由于多孔膜阴极具有反应表面积大、吸附和传质条件好等优点，因此其能在相对较低的电极极化下利用大的电极活性内表面达到较高的表观电流密度，从而获得高的过氧化氢产率。目前还缺少多孔膜阴极及其制备方法等方面的研究。
【发明内容】
[0003]本发明的目的提供一种用于光电-Fenton处理系统的多孔膜阴极及其制备工艺。其具体步骤如下:
[0004](I)取6.5g石墨粉加入500mL烧杯中，加入10mL去离子水并煮沸2h，除去上层杂质并真空抽滤，将抽滤后的石墨粉放入95°C烘箱中干燥12h，得到物质A ；
[0005](2)将物质A放入500mL烧杯中，向烧杯中加入10mL浓度为0.45mol/L的HC1，搅拌6h后放入95°C烘箱中干燥24h，得到物质B ；
[0006](3)将面积为16cm2正方形镍网放入500mL烧杯中，加入10mL去离子水并煮沸lh，取出镍网用250mL去离子水清洗，将清洗后的镍网放入500mL烧杯中，加入10mL浓度为0.lmol/L的盐酸溶液浸泡0.5h,然后取出镍网用250mL去离子水冲洗,晾干后得到物质C ；
[0007](4)将4.5g物质B放入500mL烧杯中，然后加入1mL浓度为4.5mol/L的KCl水溶液、8.5mL质量百分比浓度为30%的壬基酚聚氧乙烯醚水溶液、40mL乙醇、35mL叔丁醇，在100r/min条件下搅拌1min,然后加入7.5mL质量百分比浓度为70%的聚四氟乙烯乳液，在100r/min条件下搅拌lOmin，得到溶液A，将溶液A放入95°C恒温水浴锅中，至溶液呈膏状，得到膏状物A ；
[0008](5)将膏状物A涂抹在物质C的一侧得到物质D，将物质D放于压片机上，在压力为2t条件下保压lmin,得到物质E ；
[0009](6)将5.30g FeCl3溶解于35mL乙二醇中，在1000r/min搅拌条件下加入5.28gNaAc并搅拌30min，得到混合溶液B ；
[0010](7)将混合溶液B转移到容积为55mL的高压消解罐中，加热至200°C并保温反应10h，得到固体产物M;
[0011](8)将固体产物M在转速为6000r/min条件下进行离心分离，然后用15mL去离子水洗涤，重复洗涤两遍，用20mL质量分数为95%的乙醇洗涤一遍，置于60°C条件下干燥4h，得到颗粒N ；
[0012](9)将20mg颗粒N加入250mL锥形瓶中，再加入1.16g聚乙烯吡咯烷酮和10mL去离子水，超声震荡lOmin，加入1.0OmL质量浓度为0.02g/mL的HAuCl4溶液，继续超声震荡 5min ；
[0013](10)向步骤(9)处理后的锥形瓶中加入2.0OmL重量百分比为I %的柠檬酸钠溶液，在40°C条件下震荡反应30min,在6000r/min条件下离心15min,去除上清液,然后用15mL去离子水洗涤，重复洗涤两遍，在20°C条件下干燥24h后获得固体产物P ；
[0014](11)将5.0Og固体产物P、2.0Og十二烷基苯磺酸钠、50mL去离子水加入150mL锥形瓶中，在1000r/min条件下搅拌1min,得到溶液C ；
[0015](12)将1.2g物质B放入500mL烧杯中，然后加入5.5mL浓度为4.5mol/L的KNO3水溶液、4.5mL质量百分比浓度为35%的壬基酚聚氧乙烯醚水溶液、45mL乙醚、35mL甲醇、
3.0g 二乙基蒽醌、5mL溶液C,在100r/min条件下搅拌1min,然后加入2.5mL质量百分比浓度为75%的聚四氟乙烯乳液，在100r/min条件下搅拌lOmin，得到溶液D，将溶液D放入80°C恒温水浴锅中，至溶液呈膏状，得到膏状物B ；
[0016](13)将膏状物B涂抹在物质E的另一侧得到物质F，将物质F放于压片机上，在压力为2t条件下保压lmin,得到物质G ；
[0017](14)将物质G放入300°C马弗炉中煅烧lh，然后放在热压机中，在温度为350°C，压力为lot的条件下保压lmin，冷却后即可得到用于光电-Fenton处理系统的多孔膜阴极。
[0018]本发明的有益效果是，制得的用于光电-Fenton处理系统的多孔膜阴极氧还原催化性能高，且电极寿命长。
【具体实施方式】
[0019]本发明提供一种用于光电-Fenton处理系统的多孔膜阴极及其制备工艺，下面通过一个实例来说明其实施过程。
[0020]实施例1.
[0021]取6.5g石墨粉加入500mL烧杯中，加入10mL去离子水并煮沸2h，除去上层杂质并真空抽滤，将抽滤后的石墨粉放入95°C烘箱中干燥12h，得到物质A ;将物质A放入500mL烧杯中，向烧杯中加入10mL浓度为0.45mol/L的HCl，搅拌6h后放入95°C烘箱中干燥24h，得到物质B ；
[0022]将面积为16cm2正方形镍网放入500mL烧杯中，加入10mL去离子水并煮沸lh，取出镍网用250mL去离子水清洗，将清洗后的镍网放入500mL烧杯中，加入10mL浓度为
0.lmol/L的盐酸溶液浸泡0.5h，然后取出镍网用250mL去离子水冲洗，晾干后得到物质C ；
[0023]将4.5g物质B放入500mL烧杯中，然后加入1mL浓度为4.5mol/L的KCl水溶液、8.5mL质量百分比浓度为30%的壬基酚聚氧乙烯醚水溶液、40mL乙醇、35mL叔丁醇，在100r/min条件下搅拌1min,然后加入7.5mL质量百分比浓度为70%的聚四氟乙烯乳液,在100r/min条件下搅拌lOmin，得到溶液A，将溶液A放入95°C恒温水浴锅中，至溶液呈膏状，得到膏状物A ；
[0024]将膏状物A涂抹在物质C的一侧得到物质D，将物质D放于压片机上，在压力为2t条件下保压lmin,得到物质E ；
[0025]将5.30g FeCl3溶解于35mL乙二醇中，在1000r/min搅拌条件下加入5.28g NaAc并搅拌30min，得到混合溶液B ；
[0026]将混合溶液B转移到容积为55mL的高压消解罐中，加热至200°C并保温反应10h，得到固体产物Μ;
[0027]将固体产物M在转速为6000r/min条件下进行离心分离，然后用15mL去离子水洗涤，重复洗涤两遍，用20mL质量分数为95%的乙醇洗涤一遍，置于60°C条件下干燥4h，得到颗粒N ；
[0028]将20mg颗粒N加入250mL锥形瓶中，再加入1.16g聚乙烯吡咯烷酮和10mL去离子水，超声震荡lOmin，加入1.0OmL质量浓度为0.02g/mL的HAuCl4溶液，继续超声震荡5min ;向锥形瓶中加入2.0OmL重量百分比为1%的柠檬酸钠溶液,在40°C条件下震荡反应30min,在6000r/min条件下离心15min,去除上清液,然后用15mL去离子水洗漆,重复洗漆两遍，在20°C条件下干燥24h后获得固体产物P ；
[0029]将5.0Og固体产物P、2.0Og十二烷基苯磺酸钠、50mL去离子水加入150mL锥形瓶中，在1000r/min条件下搅拌lOmin，得到溶液C ；
[0030]将1.2g物质B放入500mL烧杯中，然后加入5.5mL浓度为4.5mol/L的KNO3水溶液、4.5mL质量百分比浓度为35%的壬基酚聚氧乙烯醚水溶液、45mL乙醚、35mL甲醇、3.0g二乙基蒽醌、5mL溶液C,在100r/min条件下搅拌1min,然后加入2.5mL质量百分比浓度为75%的聚四氟乙烯乳液，在100r/min条件下搅拌lOmin，得到溶液D，将溶液D放入80°C恒温水浴锅中，至溶液呈膏状，得到膏状物B ;
[0031]将膏状物B涂抹在物质E的另一侧得到物质F，将物质F放于压片机上，在压力为2t条件下保压lmin,得到物质G ；
[0032]将物质G放入300°C马弗炉中煅烧Ih，然后放在热压机中，在温度为350°C，压力为1t的条件下保压lmin，冷却后即可得到用于光电-Fenton处理系统的多孔膜阴极。
[0033]下面是运用本发明方法制得的用于光电-Fenton处理系统的多孔膜阴极对三氯异氰尿酸废水进行处理实验，进一步说明本发明。
[0034]运用本发明方法制得的多孔膜阴极对三氯异氰尿酸废水进行处理实验，结果表明该电极能够高效去除三氯异氰尿酸废水中的COD:当进水中COD为1243mg/L时，以多孔膜阴极为阴极，PH为3.5，电压为15V，处理时间为180min，在紫外光照射条件下，加入Fe2+作为催化剂，处理后COD为53mg/L，处理效率达到95.74%。
【权利要求】
1.一种用于光电-Fenton处理系统的多孔膜阴极及其制备工艺，其特征在于，该工艺的具体步骤如下: (1)取6.5g石墨粉加入500mL烧杯中，加入10mL去离子水并煮沸2h，除去上层杂质并真空抽滤，将抽滤后的石墨粉放入95°C烘箱中干燥12h，得到物质A ； (2)将物质A放入500mL烧杯中，向烧杯中加入10mL浓度为0.45mol/L的HCl，搅拌6h后放入95°C烘箱中干燥24h，得到物质B ； (3)将面积为16cm2正方形镍网放入500mL烧杯中，加入10mL去离子水并煮沸Ih,取出镍网用250mL去离子水清洗，将清洗后的镍网放入500mL烧杯中，加入10mL浓度为.0.lmol/L的盐酸溶液浸泡0.5h，然后取出镍网用250mL去离子水冲洗，晾干后得到物质C ； (4)将4.5g物质B放入500mL烧杯中，然后加入1mL浓度为4.5mol/L的KCl水溶液、8.5mL质量百分比浓度为30%的壬基酚聚氧乙烯醚水溶液、40mL乙醇、35mL叔丁醇，在.100r/min条件下搅拌1min,然后加入7.5mL质量百分比浓度为70%的聚四氟乙烯乳液,在.100r/min条件下搅拌lOmin，得到溶液A，将溶液A放入95°C恒温水浴锅中，至溶液呈膏状，得到膏状物A ； (5)将膏状物A涂抹在物质C的一侧得到物质D，将物质D放于压片机上，在压力为2t条件下保压Imin,得到物质E ； (6)将5.30g FeCl3溶解于35mL乙二醇中，在1000r/min搅拌条件下加入5.28g NaAc并搅拌30min，得到混合溶液B ； (7)将混合溶液B转移到容积 为55mL的高压消解罐中，加热至200°C并保温反应10h，得到固体产物Μ; (8)将固体产物M在转速为6000r/min条件下进行离心分离，然后用15mL去离子水洗涤，重复洗涤两遍，用20mL质量分数为95%的乙醇洗涤一遍，置于60°C条件下干燥4h，得到颗粒N ； (9)将20mg颗粒N加入250mL锥形瓶中，再加入1.16g聚乙烯吡咯烷酮和10mL去离子水，超声震荡lOmin，加入1.0OmL质量浓度为0.02g/mL的HAuCl4溶液，继续超声震荡.5min ； (10)向步骤(9)处理后的锥形瓶中加入2.0OmL重量百分比为1%的柠檬酸钠溶液，在.40°C条件下震荡反应30min,在6000r/min条件下离心15min,去除上清液,然后用15mL去离子水洗涤，重复洗涤两遍，在20°C条件下干燥24h后获得固体产物P ； (11)将5.0Og固体产物P、2.0Og十二烷基苯磺酸钠、50mL去离子水加入150mL锥形瓶中，在1000r/min条件下搅拌lOmin，得到溶液C ； (12)将1.2g物质B放入500mL烧杯中，然后加入5.5mL浓度为4.5mol/L的KNO3水溶液、4.5mL质量百分比浓度为35%的壬基酚聚氧乙烯醚水溶液、45mL乙醚、35mL甲醇、3.0g二乙基蒽醌、5mL溶液C,在100r/min条件下搅拌1min,然后加入2.5mL质量百分比浓度为.75%的聚四氟乙烯乳液，在100r/min条件下搅拌lOmin，得到溶液D，将溶液D放入80°C恒温水浴锅中，至溶液呈膏状，得到膏状物B ; (13)将膏状物B涂抹在物质E的另一侧得到物质F，将物质F放于压片机上，在压力为.2t条件下保压Imin,得到物质G ； (14)将物质G放入300°C马弗炉中煅烧lh，然后放在热压机中，在温度为350°C，压力为10t的条件 下保压lmin，冷却后即可得到用于光电-Fenton处理系统的多孔膜阴极。
【文档编号】C02F1/461GK104071866SQ201410281461
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月23日 优先权日:2014年6月23日
【发明者】丁爱中, 谢恩, 豆俊峰, 郑蕾, 许新宜 申请人:北京师范大学