[發明專利]一種應用于電芬頓體系的天然磁鐵礦/炭黑/石墨氈復合陰極的制備方法

在審

• 申請號: 201811626109.0
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109607696A
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 孫治榮;任曉麗;朱凱
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C02F1/467;C02F101/38;C02F101/36
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種應用于電芬頓體系的天然磁鐵礦/炭黑/石墨氈復合陰極的制備方法，屬于電化學水處理技術領域。本發明在碳黑和聚四氟乙烯混合溶液中加入天然磁鐵礦，通過震蕩法負載在石墨氈表面，通過煅燒制備天然磁鐵礦/炭黑/石墨氈復合陰極。與惰性陽極在含電解質溶液的電解池中組成非均相電芬頓體系，處理難降解的除草劑類有機污染物。本發明所用磁鐵礦是天然礦物，價格低廉，來源廣泛，利用其制備的陰極復合材料，過程簡單，且具有較高的電催化活性。

技術領域

本發明屬于電化學水處理技術領域，具體涉及一種天然磁鐵礦/炭黑/石墨氈復合陰極的制備方法。

背景技術

電芬頓法是通過過渡金屬催化劑催化陰極原位電合成的過氧化氫產生強氧化性物質(·OH)來降解廢水中的有機物的一種電化學水處理技術。與其他的高級氧化技術相比，電芬頓法因具有反應速度越快、易于操作等特點被認為是一種優良的高級氧化技術。但該方法需要調節廢水pH至酸性且存在由于加入金屬催化劑導致的二次污染等問題。因此眾多研究學者通過將氧化鐵負載在陰極材料表面，避免在高pH條件下的電芬頓體系中鐵離子發生沉淀和絡合反應生成鐵泥。

在這些氧化鐵中，磁鐵礦被認為是一種有效的非均相催化劑。天然磁鐵礦是一種廉價的礦物開采副產物，分布廣泛，其主要成分Fe₃O₄。由于天然磁鐵礦晶體結構的八面體位置存在Fe²⁺和Fe³⁺離子，自身能催化分解H₂O₂，產生羥基自由基，使得在電芬頓反應過程中具有較高的催化活性。另一方面，天然磁鐵礦的固有磁性使得在電芬頓工藝結束時催化劑與反應溶液的分離變得容易。

本發明利用天然磁鐵礦與炭黑對石墨氈陰極進行修飾，避免了廢水pH調節及金屬催化劑投加而產生的二次污染問題。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術中的問題，提供一種成本低廉，制作方法簡單，具有較多催化活性位點和良好氧還原電催化性能的天然磁鐵礦/炭黑/石墨氈復合陰極制備方法。

上述天然磁鐵礦/炭黑/石墨氈復合陰極的制備方法，包括以下步驟：

(1)將石墨氈置入丙酮溶液中超聲清洗去除雜質，然后用超純水沖洗數次，去除殘留丙酮，在干燥箱中烘干，得到預處理的石墨氈；

(2)將炭黑粉末與聚四氟乙烯溶液依次加入到異丙醇和超純水的混合溶液中，超聲分散，得到分散均勻的分散溶液；混合溶液中超純水和異丙醇的體積比為(0.5-2)：1；

(3)將不同質量的天然磁鐵礦粉末加入到步驟(2)混合溶液中，在恒溫振蕩器中震蕩混合均勻；

(4)將步驟(1)清洗的石墨氈，浸漬于步驟(3)得到的混合溶液中，在恒溫振蕩器中震蕩為10～120min，轉速為120～200r/min；

(5)將步驟(4)得到的復合石墨氈取出，在干燥箱中烘干，然后置于馬弗爐中250～400℃煅燒1～2h，即可得到天然磁鐵礦/炭黑/石墨氈復合陰極。

進一步優選炭黑粉末：聚四氟乙烯溶液：天然磁鐵礦粉末的用量關系為每0.8g炭黑粉末對應0.8～5.6g(優選4g)聚四氟乙烯溶液、0.1～1.0g(優選0.7g)天然磁鐵礦粉末。

與現有技術相比較，本發明具有以下優異效果：

1、本發明在石墨氈表面負載炭黑，增加了電極的電化學活性，提高了陰極過氧化氫產量，為磁鐵礦提供了大量附著位點。

2、本發明以天然磁鐵礦作為催化劑，直接負載于電極上，增加反應活性位點，縮短反應時間，有利于增強電極的催化活性，提高電芬頓法處理有機廢水效能。

3、本發明采用震蕩法將天然磁鐵礦修飾于電極表面，操作簡單，為后續天然磁鐵礦/炭黑/石墨氈復合陰極的制備提供基礎。