[發明專利]一種新型氣體擴散電極的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 201810030117.2
• 申請日: 2018-01-12
• 公開（公告）號: CN108085714A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 王守娟;夏南南;孔凡功;侯艷;仲亞杰;劉忠明
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: C25B1/30
• 分類號: C25B1/30;C25B11/03;C25B11/06;D21C9/16
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 李桂存

本發明屬于電化學氧陰極還原體系紙漿漂白技術領域，涉及電化學催化氧陰極還原產生過氧化氫技術，尤其涉及一種新型氣體擴散電極的制備方法及其應用，具體包括：不銹鋼網的處理、石墨/聚四氟乙烯新型糊狀物的制備以及氣體擴散電極的制作，本發明中氧化鋯與石墨的配合使用，則能夠大大降低成本，而且具有較好的催化效果，其氧化鋯具有氧化還原特性，能在還原氣氛中供氧，也能在氧化氣氛中耗氧，并且，將金屬氧化物摻雜在石墨粉末制作電極材料，不易脫落，也使得本發明具有更好的實用和推廣價值。

技術領域

本發明屬于電化學氧陰極還原體系紙漿漂白技術領域，涉及電化學催化氧陰極還原產生過氧化氫技術，尤其涉及一種新型氣體擴散電極的制備方法及其應用。

背景技術

目前，我國是紙張消費大國，保持高品質紙張的大量生產是我國每一個造紙企業的首要任務。紙漿漂白在造紙行業中必不可少，研究發現每年漂白消耗的化學試劑為超過28億噸。現在所使用的漂白試劑大多為含氯漂白劑。如此算來，每年需要數億噸的化學試劑，而排放的廢水中含有很多難降解成分，它們對環境的污染等可想而知。

傳統的紙漿含氯漂白對環境的危害與我們日益普及和倡導的環保理念相違背，而且嚴重制約了造紙行業的可持續發展，而尋找環境友好型的漂白方法是每個造紙企業重要而又急切的任務。過氧化氫是很好的漂白劑，白度穩定性高且又不產生難以降解的廢水。

如中國發明專利CN201110374046.6提供了一種紙漿堿性過氧化氫漂白方法，是在高得率漿或廢紙脫墨漿堿性過氧化氫漂白過程中加入脫乙酰度大于80％的殼聚糖作為過氧化氫的穩定劑，殼聚糖用量為0.5-5kg/噸漿，漂白時同時加入過氧化氫、氫氧化鈉和硅酸鈉。該發明在紙漿堿性過氧化氫漂白過程中加入殼聚糖能夠改善過氧化氫的漂白效率，提高紙漿的白度。可見在采用過氧化氫漂白的過程中，過氧化氫的穩定性是關鍵問題。鑒于此，在能夠產生過氧化氫的電化學裝置或設備中同時進行漂白能夠避免這一穩定性問題。

近年來，專家學者們也在致力于電化學漂漿的研究，因為它具備傳統方法不可比擬的優點，例如工藝方法較為簡單，不產生難以處理的廢水，符合綠色環保的理念等。

多孔電極因其諸多的優點而被廣泛應用于電池、生物質傳感以及廢水的處理等諸多領域。多孔電極具有較大的表面積，有利于電化學反應的進行；在充電和放電過程中，多孔電極中的活性物質有較多的空間能夠進行收縮與膨脹；此外，活性電極因其自身的結構特點，允許在電極內添加活性物質，使其結構更加穩定。三相多孔電極是多孔電極的一種，反應在氣液固三相界面進行。

但是，現有技術中多孔電極的制備還存在很多技術缺陷。

如申請號為201610414132.8的中國發明專利申請提供了一種石墨烯氣體擴散電極的制備，其具體的制備過程如下：步驟（1）：將鱗片石墨、NaNO3和濃硫酸按比例于冰水浴中反應，再稱取KMnO4逐滴緩慢加入燒杯，反應；步驟（2）：移去冰水浴，升溫，繼續攪拌反應；緩慢加入蒸餾水，加熱至沸，攪拌反應；步驟（3）：將步驟2所得的混合溶液放置一段時間，加H2O2，加入蒸餾水，反應，冷卻后過濾；用質量分數為30%的鹽酸洗滌至無硫酸根為止，再用蒸餾水洗滌至PH=7，濾渣于40℃真空干燥，制得氧化石墨烯；步驟（4）：將步驟3所得的氧化石墨烯置于水溶液中超聲，直至得到幾乎無明顯顆粒的穩定分散液；取質量分數為28%的氨水調節分散液的pH至10；步驟（5）：將步驟4所得的溶液離心除去極少量未剝離的氧化石墨，向離心后的氧化石墨烯分散液中加入0.2mL水合肼，在90℃反應2h，得到石墨烯分散液；步驟（6）：取0.8g石墨與160mL3%乙醇混合物于室溫超聲10min，加步驟5所得的石墨烯分散液10-30mL和0.2g聚四氟乙烯（PTFE）室溫超聲15min，在水浴鍋恒溫80℃加熱至糊狀取出；步驟（7）：待步驟6所得的糊狀混合物稍微冷卻后均勻附著在鎳網兩側，放置一段時間糊狀凝固后，冷壓3min成型，于馬弗爐300℃煅燒1.5h，即得石墨烯氣體擴散電極。