[發(fā)明專利]一種三維電極的粒子電極催化劑填料及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110083945.0
• 申請日: 2011-04-03
• 公開（公告）號: CN102225331A
• 公開（公告）日: 2011-10-26
• 發(fā)明（設計）人: 朱濤;楊勝科;陳靜;王文科;趙鉞;費曉華;周敏;吳瑩;張斌斌
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: B01J23/14
• 分類號: B01J23/14;C02F1/461
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務所 61213
• 代理人: 譚文琰

技術領域

本發(fā)明屬于電化學催化技術領域，具體涉及一種三維電極的粒子電極催化劑填料及其制備方法。

背景技術

三維電極(Three-Dimensional?Electrodes)是一種新型的電化學反應器，又叫粒子電極或床電極。它是在傳統(tǒng)二維電解槽電極間裝填粒狀或其他碎屑狀工作電極材料并使粒子表面帶電，從而使電荷以三維空間分布。電極的三維性質一方面大大增加了電極反應面積，提高了電極反應速度，使表征反應產(chǎn)率的時空產(chǎn)率較平板電極有很大的提高；另一方面由于內部電阻的存在，電極電勢和電流在整個三維電極體上呈不均勻分布。三維電度的分類方法很多，按粒子極性可分為單極性和復極性；按電極構型可分為矩形和圓柱形；按電流與液流方向關系可分為平行型與垂直型；按粒子材料充填狀態(tài)可分為有固定方式和懸浮方式。

目前以用于廢水處理的三維粒子電極有PbO₂，鈦泡沫顆粒上涂覆摻Sb的SnO₂，Ebonex(一種陶瓷)上涂覆RuO₂或SnO₂Sb₂O₃，Pt和Ni沉積于Ebonex載體上，炭黑粉末上擔載SnO₂Sb，活性炭負載CeO₂Sb₂O₃。但上述粒子電極均為單極性，不利于工程應用，且PbO₂在反應中會有大量Pb溶出，易造成二次污染。而以活性炭、云母、二氧化硅和涂膜活性炭為復極性粒子電極，由于填充物的比重和粒徑等不一致，實際運行時電極材料與絕緣材料容易分層，從而使絕緣物失效。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種性質穩(wěn)定，電催化效率高，不易分層的三維電極的粒子電極催化劑填料，還提供了該粒子電極催化劑填料的制備方法。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：一種三維電極的粒子電極催化劑填料，其特征在于，該催化劑由氧化鋁粒子電極和負載于氧化鋁粒子電極上的石墨烯修飾的二氧化錫組成；所述氧化鋁粒子電極與石墨烯修飾的二氧化錫的質量比為9～12∶1，所述石墨烯與二氧化錫的質量比為0.1～2.5∶1000。

本發(fā)明還提供了該三維電極的粒子電極催化劑填料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

(1)氧化鋁粒子電極的預處理：按氧化鋁粒子電極與蒸餾水的質量比為1∶5～10，將氧化鋁粒子電極用蒸餾水浸泡、洗滌三次后，在溫度為100℃～150℃的烘箱中烘干；

(2)石墨烯-四氯化錫溶膠的制備：向20mL～100mL質量濃度為5％～40％的四氯化錫溶液中加入0.5mg～15mg石墨烯，振蕩均勻，超聲分散20min～30min后，用恒溫磁力加熱攪拌器進行攪拌，在攪拌的同時按20滴/min～30滴/min的速度逐滴加入濃度為0.3mol/L～5mol/L的氨水，直至得到無色透明的石墨烯-四氯化錫溶膠；

(3)粒子電極催化劑填料的制備：將步驟(1)中經(jīng)預處理的氧化鋁粒子電極和步驟(2)中所述石墨烯-四氯化錫溶膠按3∶1～12的質量比混合后，用恒溫磁力加熱攪拌器攪拌均勻，然后靜置陳化10h～18h后用離心機離心分離，將離心分離得到的固體在溫度為80℃～90℃的條件下烘干，再將烘干后的固體置于馬弗爐中，在溫度為400℃～600℃的條件下焙燒2h～4h，隨爐冷卻得到三維電極的粒子電極催化劑填料。

上述步驟(2)中所述四氯化錫溶液的質量濃度為20％。

上述步驟(2)中所述氨水的濃度為0.4mol/L。

上述步驟(3)中所述焙燒時間為2h。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明的三維電極的粒子電極催化劑填料性質穩(wěn)定，電催化效率高，不易分層，可重復使用。

2、本發(fā)明的制備方法簡單，制造成本低，易于推廣應用。

3、本發(fā)明在石墨烯的修飾過程中未使用強氧化劑和還原劑，最大程度的發(fā)揮了石墨烯的優(yōu)點，對環(huán)境無毒無害，不會造成二次污染。

4、采用本發(fā)明制備的粒子電極催化劑填料與二維電極結合得到三維粒子電極，大大增加了電極的反應面積，提高了電極反應速度。

下面通過實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。

具體實施方式

實施例1

本實施例的三維電極的粒子電極催化劑填料由氧化鋁粒子電極和負載于氧化鋁粒子電極上的石墨烯修飾的二氧化錫組成；所述氧化鋁粒子電極與石墨烯修飾的二氧化錫的質量比為9∶1，所述石墨烯與二氧化錫的質量比為0.1∶1000。