[發明專利]一種石墨烯和碳納米管協同改性膜電極的制備方法

有效

• 申請號: 201810533769.8
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN108796550B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 樊國榮
• 申請（專利權）人: 中氧科技（廣州）有限公司
• 主分類號: C25B11/06
• 分類號: C25B11/06;C25B11/02;C25B1/13
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• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種石墨烯和碳納米管協同改性膜電極的制備方法，包括如下步驟：（1）石墨烯改性；（2）碳納米管改性；（3）摻雜；（4）制膜；（5）浸漬；（6）氧化，膜和催化劑的接觸緊密，催化劑顆粒細密，可以得到更好的催化效果，從而使得臭氧的生成效率得到改善，并且添加了石墨烯和碳納米管，兩者協同改善膜電極的催化效能。

技術領域

本發明涉及一種石墨烯和碳納米管協同改性膜電極的制備方法，主要用于制備臭氧，具體的為使用經硅烷偶聯劑改性的石墨烯和碳納米管制備膜電極的方法。

背景技術

電解法制備臭氧具有產生臭氧的濃度高、不產生氮氧化物的優點，為目前制備臭氧首選的方法。而電解法的一個關鍵部件為復合膜電極的制備，現有的制備方法包括熱壓法和電化學沉積法，但熱壓法無法得到的催化劑顆粒較大，活性較低，電化學沉積法受電鍍影響較大。而且，現有的膜電極催化活性低，有必要進一步改進。

發明內容

為了解決上述的問題，本發明提出了一種用于制備臭氧的石墨烯改性膜電極的制備方法，相較于現有技術，膜和催化劑的接觸緊密，催化劑顆粒細密，可以得到更好的催化效果，從而使得臭氧的生成效率得到改善，并且添加了石墨烯和碳納米管，希望兩者協同改善膜電極的催化效能。

本發明的技術方案如下：

一種石墨烯和碳納米管協同改性膜電極的制備方法，包括如下步驟：

（1）石墨烯改性

取一定量的氧化石墨烯，分散到無水乙醇中，一定功率下超聲1-30min，形成1-15g/L的分散液，加入氨基硅烷偶聯劑，機械攪拌下反應1-12h，攪拌速度為400-800rpm，得到硅烷改性的石墨烯；

（2）碳納米管改性

取一定量的碳納米管，分散到無水乙醇中，加入Fenton試劑進行羥基化處理，然后超聲5-10min，形成0.5-8g/L的分散液，加入氨基硅烷偶聯劑，機械攪拌下反應1-12h，攪拌速度為400-800rpm，得到硅烷改性的碳納米管；

（3）摻雜

將全氟磺酸離子交換樹脂溶解到有機溶液中，攪拌下緩慢加入改性的石墨烯和碳納米管，加入完畢后超聲5-20min，得到摻雜石墨烯和石墨烯的混合液；

（4）制膜

取四氟乙烯容器，將SPE膜置于底層，在SPE膜上均勻的澆覆摻雜石墨烯和碳納米管的混合液，待溶劑揮發，形成底層為SPE膜、上層為含有石墨烯和碳納米管的交換膜層的復合膜；

（5）浸漬

將0.1-1mol/L的Pb(NO₃)₂和5-200mmol/L的NaF配制成浸漬液，步驟（4）得到的復合膜平放，將含有石墨烯和碳納米管的交換膜層浸入浸漬液中，浸漬時間為1-10h，浸漬完成后，用去離子水洗滌，得到浸漬后的復合膜；

（6）氧化

配制1-6mol/L的NaOH或KOH溶液，將浸漬后的復合膜置入溶液中，加入氧化劑，氧化1-5h，得到沉積有β-PbO₂的復合膜。

步驟（1）中的超聲功率為10-60W，超聲時間優選2-10min。

步驟（1）中的石墨烯濃度優選5-10g/L。

步驟（2）中的碳納米管濃度優選1-5g/L。

步驟（1）和/或（2）中，所述氨基硅烷偶聯劑選自KH550、KH540、KH972、KH552中的一種或多種。

步驟（4）中的SPE膜選自Nafion系列膜，優選Nafion 324。