[發明專利]一種2-乙基蒽醌改性氣體擴散電極及其制備方法

有效

• 申請號: 201010103376.7
• 申請日: 2010-01-29
• 公開（公告）號: CN101774666A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發明（設計）人: 王峰;王盛;吉靜;劉景軍
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

技術領域

本發明涉及適用于降解有機廢水中的氣體擴散電極及其制備方 法，尤其涉及一種2-乙基蒽醌改性氣體擴散電極及其制備方法，可 用于降解廢水。

背景技術

隨著工業廢水的種類和排放量日益增多，傳統方法難以達到一系 列有機廢水降解的要求，高級氧化技術成為研究的熱點。高級氧化技 術包括：濕式空氣氧化法、超臨界水氧化法、光化學及光催化氧化法、 聲化學氧化法、電化學氧化法、Fenton氧化法。目前，一種電化學 氧化和Fenton氧化結合的高級氧化法成為研究有機廢水降解的首選 方法，因為相較于其他的技術，這樣的結合擁有處理效率高、操作簡 便、環境兼容等優點。這種電Fenton氧化法主要是通過生成一種強 氧化劑羥基自由基(·OH)降解廢水中的有機污染物，因此·OH的 生成量直接決定了對難降解有機污染物的氧化程度。Fenton法產 生·OH的電解化學反應式為：(酸性條件下)Fe²⁺+H₂O₂+H⁺→Fe³⁺+·OH+H₂O，(堿性條件下)Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+·OH+OH^-。電化 學氧化法產生·OH的電解化學反應式為：MOx[]+H₂O→MOx [·OH]+H⁺+e^-(MOx[]為陽極氧化物分子空穴)。為了進一步提高·OH 的生成量，將氣體擴散電極運用在電Fenton氧化法降解有機廢水中， 取代普通的石墨電極。利用氧氣在氣體擴散電極上發生氣液固三相電 極反應，通過2電子進程被還原生成過氧化氫，化學反應式為：(酸 性條件下)O₂+2H⁺+2e^-→H₂O₂，(堿性條件下)O₂+H₂O+2e^-→ HO₂^-+OH^-，HO₂^-+H₂O→H₂O₂+OH^-，大大促進Fenton反應生 成·OH的能力，且過氧化氫自身對有機污染物也有一定的氧化能力。 氣體擴散電極是由催化層、擴散層，集流體三部分組成，當氧氣通過 擴散層來到催化層將會與通過催化層的電解液在催化層的作用下發 生氣液固三相電極反應。從理論上講，體系中生成過量的·OH能夠 使有機物徹底氧化降解，完全礦化為二氧化碳和水，不會造成對環境 的二次污染。目前對工業上采用的Fenton氧化法和電化學氧化法降 解有機廢水存在著以下問題：

1)過氧化氫的運輸、存貯問題。目前工業上降解廢水是將過氧化 氫和亞鐵鹽直接投加到廢水體系當中，發生Fenton反應生成羥基自 由基，進一步氧化有機物。但由于過氧化氫較強的氧化性，其的運輸、 存貯等問題很大程度上提高了成本。并且長期存貯的過氧化氫反應活 性受到影響，不如現場即時生成的過氧化氫反應活性高。

2)降解的效率問題。由于降解有機污染物的關鍵在于生成充足的 羥基自由基，而單靠電化學體系中的陽極氧化補充生成羥基自由基的 量是遠遠不夠的。陽極氧化中生成羥基自由基的效率很低，濃度也非 常低，不能徹底使有機物礦化為二氧化碳和水，還留有中間產物。

發明內容

本發明的主要目的是針對上述問題，提出一種簡易高效的適用于 降解有機廢水的2-乙基蒽醌改性氣體擴散電極及其制備方法。

本發明所提供的2-乙基蒽醌改性氣體擴散電極由氣體擴散層和 催化層組成(見圖2)，所述的氣體擴散層(由1和2組成)為疏水 性碳布(1)及涂覆在疏水性碳布上的石墨化Vulcan?72炭黑和聚四 氟乙烯的共混物(2)，其中，石墨化Vulcan?72炭黑與聚四氟乙烯的 質量比為1.5～4∶1，疏水性碳布還起到集流體和支撐體的作用；所 述的催化層(3)為涂覆到擴散層共混物(2)上的2-乙基蒽醌、Vulcan 72炭黑和聚四氟乙烯共混物(3)，Vulcan?72炭黑與聚四氟乙烯的 質量比為1.5～4∶1，2-乙基蒽醌的質量相對于Vulcan?72炭黑和聚 四氟乙烯總質量的比為10～40％。