本发明属于纸浆漂白
技术领域：
，涉及电解液中阴性电极的制作，尤其涉及一种气体扩散电极的制备方法及其应用。
背景技术：
：目前，我国是纸张消费大国，保持高品质纸张的大量生产是我国每一个造纸企业的首要任务。纸浆漂白在造纸行业中必不可少，研究发现每年漂白消耗的化学试剂为超过28亿吨。现在所使用的漂白试剂大多为含氯漂白剂。如此算来，每年需要数亿吨的化学试剂，而排放的废水中含有很多难降解成分，它们对环境的污染等可想而知。传统的纸浆含氯漂白对环境的危害与我们日益普及和倡导的环保理念相违背，而且严重制约了造纸行业的可持续发展，而寻找环境友好型的漂白方法是每个造纸企业重要而又急切的任务。过氧化氢是很好的漂白剂，白度稳定性高且又不产生难以降解的废水。如中国发明专利CN201110374046.6提供了一种纸浆碱性过氧化氢漂白方法，是在高得率浆或废纸脱墨浆碱性过氧化氢漂白过程中加入脱乙酰度大于80％的壳聚糖作为过氧化氢的稳定剂，壳聚糖用量为0.5-5kg/吨浆，漂白时同时加入过氧化氢、氢氧化钠和硅酸钠。该发明在纸浆碱性过氧化氢漂白过程中加入壳聚糖能够改善过氧化氢的漂白效率，提高纸浆的白度。可见在采用过氧化氢漂白的过程中，过氧化氢的稳定性是关键问题。鉴于此，在能够产生过氧化氢的电化学装置或设备中同时进行漂白能够避免这一稳定性问题。近年来，专家学者们也在致力于电化学漂浆的研究，因为它具备传统方法不可比拟的优点，例如工艺方法较为简单，不产生难以处理的废水，符合绿色环保的理念等。多孔电极因其诸多的优点而被广泛应用于电池、生物质传感以及废水的处理等诸多领域。多孔电极具有较大的表面积，有利于电化学反应的进行；在充电和放电过程中，多孔电极中的活性物质有较多的空间能够进行收缩与膨胀；此外，活性电极因其自身的结构特点，允许在电极内添加活性物质，使其结构更加稳定。三相多孔电极是多孔电极的一种，反应在气液固三相界面进行。但是，现有技术中多孔电极的制备还存在很多技术缺陷。如申请号为201610414132.8的中国发明专利申请提供了一种石墨烯气体扩散电极的制备，其具体的制备过程如下：步骤（1）：将鳞片石墨、NaNO3和浓硫酸按比例于冰水浴中反应，再称取KMnO4逐滴缓慢加入烧杯，反应；步骤（2）：移去冰水浴，升温，继续搅拌反应；缓慢加入蒸馏水，加热至沸，搅拌反应；步骤（3）：将步骤2所得的混合溶液放置一段时间，加H2O2，加入蒸馏水，反应，冷却后过滤；用质量分数为30%的盐酸洗涤至无硫酸根为止，再用蒸馏水洗涤至PH=7，滤渣于40℃真空干燥，制得氧化石墨烯；步骤（4）：将步骤3所得的氧化石墨烯置于水溶液中超声，直至得到几乎无明显颗粒的稳定分散液；取质量分数为28%的氨水调节分散液的pH至10；步骤（5）：将步骤4所得的溶液离心除去极少量未剥离的氧化石墨，向离心后的氧化石墨烯分散液中加入0.2mL水合肼，在90℃反应2h，得到石墨烯分散液；步骤（6）：取0.8g石墨与160mL3%乙醇混合物于室温超声10min，加步骤5所得的石墨烯分散液10-30mL和0.2g聚四氟乙烯（PTFE）室温超声15min，在水浴锅恒温80℃加热至糊状取出；步骤（7）：待步骤6所得的糊状混合物稍微冷却后均匀附着在镍网两侧，放置一段时间糊状凝固后，冷压3min成型，于马弗炉300℃煅烧1.5h，即得石墨烯气体扩散电极。该项现有技术提供的制备气体扩散电极的方法，需要用到多次添加试剂，多次反应、多次洗涤、多次调节pH值，具有用时长，步骤多，成本高的缺陷。现有技术中也未见将气体扩散电极应用纸浆漂白的报道。技术实现要素：为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种气体扩散电极的制备方法，其由石墨、聚四氟乙烯和不锈钢制备而成，具有步骤少、用时短、成本低的特点，而且制备的电极具备良好的导电性、较强的粘结性能、还有利于气体的扩散；本发明的另一目的在于提供该气体扩散电极的应用。为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为，一种气体扩散电极的制备方法，包括如下步骤：步骤一，预处理不锈钢网：清洁不锈钢网；步骤二，制备石墨/聚四氟乙烯糊状物：将石墨粉末在水中煮沸，并保持沸腾0.8-1.2h，冷却后，用蒸馏水洗涤待用；将洗涤后的石墨粉末和丙酮置于容器中，超声波振荡8-15min，使石墨与丙酮混合均匀后，再加入聚四氟乙烯溶液，继续振荡15-25min；将容器置于75-85℃水浴中，使丙酮不断挥发出来，即得石墨/聚四氟乙烯糊状物；步骤三，制备气体扩散电极：将步骤二得到的石墨/聚四氟乙烯糊状物均匀地按压在步骤一得到的不锈钢网上，得到初步气体扩散电极；将初步气体扩散电极放在马弗炉中做煅烧处理，得到气体扩散电极，其煅烧温度为100-400℃。优化的，步骤一，预处理不锈钢网的具体操作包括：截取不锈钢网置于烧杯中，向烧杯中加入相同体积的0.05mol/L的氢氧化钠溶液和0.05mol/L的磷酸溶液，使不锈钢网完全浸入氢氧化钠和磷酸混合液中，加热至90℃并保持18-22min。优化的，步骤一中不锈钢网截取的长、宽、高分别为8cm、8cm、0.1mm。优化的，步骤二中采用的聚四氟乙烯溶液为聚四氟乙烯的水溶液，其中聚四氟乙烯的质量分数为60%。优化的，步骤二中洗涤后的石墨粉末与聚四氟乙烯溶液的用量比例为：当洗涤后的石墨粉末的用量为4-6g时，聚四氟乙烯溶液的用量为1.5-4ml。上述的气体扩散电极的应用：将所述气体扩散电极应用于电化学体系中。优化的，所述电化学体系包括直流稳压电源、氧气罐和电解槽；在电解槽内设置阴极、阳极和电解质，阴极采用所述气体扩散电极，阳极采用不锈钢，电解质采用0.05mol/L的硫酸钠溶液，pH在9-13范围内；直流稳压电源连接阴极和阳极，氧气罐与电解槽通过曝气装置相通。优化的，电解质体积为2.5L，采用0.1mol/L的硫酸溶液与0.1mol/L的氢氧化钠溶液来调节电解质溶液的pH；阴极和阳极电极板间距为4-10cm；电流密度为0.8-4mA/cm2；氧气罐与电解槽相连的管路上设置减压阀；所述电解槽无隔膜。优化的，将所述电化学体系应用于纸浆漂白。优化的，所述电化学体系置于制浆漂白体系中，所述电化学体系产生过氧化氢，所产生的过氧化氢直接漂白纸浆。本发明的有益效果在于：1，本发明利用石墨、聚四氟乙烯和不锈钢网制备气体扩散电极，步骤少、用时短、成本低，既具备良好的导电性又可以保持较强的粘结性能，还可以增大气、液、固三相界面，利于气体的扩散；气体扩散电极具有适合氧阴极还原电极所需的多孔结构，有利于吸附更多的氧气，促使氧阴极反应的发生，有利于液相反应物和产物的迁移。2，进一步，将本发明制备的气体扩散电极应用于电化学体系，电化学体系结构简单，可以产生过氧化氢。3，再进一步，将电化学体系置于纸浆漂白体系中，所产生的过氧化氢直接漂白纸浆，过氧化氢在产生的同时被利用，避免了过氧化氢稳定性的问题，纸浆漂白工艺方法简单，不产生难以处理的废水，符合绿色环保的理念。附图说明图1为电化学体系示意图；图2为实施例1制备的气体扩散电极的扫描电镜图；图3为实施例2制备的气体扩散电极的扫描电镜图；图4为实施例3制备的气体扩散电极的扫描电镜图；图中：1、流稳压电源；2、阳极；3、阴极；4、电解槽；5、曝氧装置；6、减压阀；7、氧气罐。具体实施方式为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。本发明提供了一种气体扩散电极的制备方法，并提出将该气体扩散电极应用于电化学氧阴极还原反应制备过氧化氢，进一步应用于纸浆漂白。故此，本实施例分为三部分。第一部分，制备气体扩散电极；第二部分，将第一部分制备的气体扩散电极应用在电化学反应中；第三部分，将第二部分的电化学体系应用于纸浆漂白。第一部分：制备气体扩散电极实施例1截取规格为8cm*8cm*0.1mm的不锈钢网置于烧杯中，向烧杯中加入15ml0.05mol/L的氢氧化钠溶液和15ml0.05mol/L的磷酸溶液，加热至90℃并保持20min待用。称取20g的石墨粉末于烧杯中，加入800ml的水，煮沸并保持沸腾1h。冷却后，用蒸馏水洗涤待用。称取5g石墨粉末于烧杯中，加入10ml丙酮，将烧杯置于超声波中振荡10min，使得石墨与丙酮混合均匀。加入1.5ml的聚四氟乙烯溶液，继续振荡20min。将振荡后的烧杯置于80℃水浴中，使丙酮不断挥发出来，从而形成一种糊状物，将该糊状物均匀地按压在事先处理好的不锈钢网上形成气体扩散层，将覆盖了气体扩散层的不锈钢网放在马弗炉中在200℃煅烧形成一定结构，从而制成了气体扩散电极。实施例2截取规格为8cm*8cm*0.1mm的不锈钢网置于烧杯中，向烧杯中加入15ml0.05mol/L的氢氧化钠溶液和15ml0.05mol/L的磷酸溶液，加热至90℃并保持20min待用。称取20g的石墨粉末于烧杯中，加入800ml的水，煮沸并保持沸腾1h。冷却后，用蒸馏水洗涤待用。称取5g石墨粉末于烧杯中，加入10ml丙酮，将烧杯置于超声波中振荡10min，使得石墨与丙酮混合均匀。加入2.5ml的聚四氟乙烯溶液，继续振荡20min。将振荡后的烧杯置于80℃水浴中，使丙酮不断挥发出来，从而形成一种糊状物，将该糊状物均匀地按压在事先处理好的不锈钢网上形成气体扩散层，将覆盖了气体扩散层的不锈钢网放在马弗炉中在300℃煅烧形成一定结构，从而制成了气体扩散电极。实施例3截取规格为8cm*8cm*0.1mm的不锈钢网置于烧杯中，向烧杯中加入15ml0.05mol/L的氢氧化钠溶液和15ml0.05mol/L的磷酸溶液，加热至90℃并保持20min待用。称取20g的石墨粉末于烧杯中，加入800ml的水，煮沸并保持沸腾1h。冷却后，用蒸馏水洗涤待用。称取5g石墨粉末于烧杯中，加入10ml丙酮，将烧杯置于超声波中振荡10min，使得石墨与丙酮混合均匀。加入3.5ml的聚四氟乙烯溶液，继续振荡20min。将振荡后的烧杯置于80℃水浴中，使丙酮不断挥发出来，从而形成一种糊状物，将该糊状物均匀地按压在事先处理好的不锈钢网上形成气体扩散层，将覆盖了气体扩散层的不锈钢网放在马弗炉中在400℃煅烧形成一定结构，从而制成了气体扩散电极。用扫描电镜观察了实施例中制备的电极材料的表面形貌，如附图2-4中可以看出，电极的孔隙主要由石墨颗粒的杂乱堆积而成。电极材料表面微孔结构较多，孔径较大或孔隙较大，比较有利于气体扩散。第二部分：第一部分制备的气体扩散电极在电化学中的应用本部分提供了三个实施例，均以第一部分实施例1制备的石墨/聚四氟乙烯气体扩散电极为阴极，不锈钢为阳极，在无隔膜电解槽内进行氧阴极还原反应，装置图如图1所示，该装置是由直流稳压电源，氧气罐和电解槽三部分构成。其中在电解槽内气体扩散电极做阴极，同样规格的不锈钢网做阳极，2.5L的0.05mol/L的硫酸钠溶液作为电解质，由0.1mol/L的硫酸溶液与0.1mol/L的氢氧化钠溶液来调节电解质溶液的pH，pH在9-13范围内，电流密度为0.8-4mA/cm2，电极板间距为4-10cm，反应时间为240min。采用草酸钛钾分光光度法来测定过氧化氢的产量，如表1所示。表1气体扩散电极电化学中的过氧化氢产量电流密度mA/cm2pH值电极板间距cm过氧化氢产量C/mg/L实施例4194145实施例52106160实施例63118138从表1可以看出，将本发明提供的石墨/聚四氟乙烯气体扩散电极用于氧阴极还原产过氧化氢的电化学体系中，可以产生有效的过氧化氢，电化学体系不同的反应条件影响过氧化氢的产量。第三部分：第二部分制备的电化学体系应用于纸浆漂白将第二部分实施例4-6电化学体系中的电解质（2.5L的0.05mol/L的硫酸钠溶液）替换为2.5L的同样的待漂白纸浆（检测白度为44%ISO），并向其中添加0.1mol硫酸钠，反应时间为240min，检测反应后纸浆的白度，记录在表3中。表3纸浆漂白效果对比表过氧化氢产量C/mg/L反应后白度/%ISO实施例414567.8实施例516073.5实施例613868.4通过以上对比可知，本发明应用气体扩散电极应用于电化学体系，进而应用于纸浆漂白，可以达到漂白纸浆的目的，不同的反应条件影响过氧化氢的产量，进而会影响纸浆的漂白效果。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。当前第1页1 2 3