[發明專利]一種石墨氈負載二維層狀納米片的電芬頓陰極材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202011477085.4
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112811536B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 萬金泉;劉澤珺;王艷;朱斌;閆志成;劉偉
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;C02F1/469;C02F101/30
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明提供了一種石墨氈負載二維層狀納米片的電芬頓陰極材料及其制備方法及應用。該方法包括：以石墨氈作為基底電極，通過水熱合成法將二硫化鉬二維層狀納米片負載到基底電極上，再通過浸漬煅燒的方法負載氧基氯化鐵二維層狀納米片，洗滌，干燥，得到石墨氈負載二維層狀納米片的電芬頓陰極材料。與現有的技術相比，本發明采用簡單的原位合成的方式，不采用任何粘結劑制備雙功能的電芬頓陰極材料，原位電產并活化過氧化氫產生羥基自由基，無需額外投加試劑，可在近中性條件下實現高效的高級氧化技術降解有機污染物，為電芬頓技術處理難降解的有機污染物提供了一種新的思路，該工藝操作簡單，綠色環保，經濟高效，能夠在水處理領域具有廣泛的應用。

技術領域

本發明屬于水處理領域，具體涉及一種石墨氈負載二維層狀納米片的電芬頓陰極材料及其制備方法與應用。

背景技術

水是人們賴以生存的重要資源。由于地下水的污染和工業廢水的排放，全世界都面臨著飲用水短缺的問題。隨著人口的快速增長，飲用水的需求量與日俱增，這已經成為一個亟待解決的問題。目前，對廢水的處理主要依靠物理法、化學法、生物法等常規廢水處理技術。廢水中的一些難降解的有機污染物應用傳統的處理方法處理效率并不高。基于強氧化性和非選擇性氧化劑的電化學高級氧化工藝，由于其礦化效率高、操作簡便以及環境友好等特點得到了廣泛的關注。作為電化學高級氧化工藝之一的電芬頓工藝是一種很有發展前景的技術，通過在陰極發生氧氣的二電子還原反應原位生成過氧化氫，再與催化劑發生芬頓反應生成羥基自由基來降解難處理的有機污染物。其中，過氧化氫活化為羥基自由基是電芬頓工藝的關鍵，通常用溶解的亞鐵鹽作為催化劑來實現。然而，這需要在酸性條件下進行且產生的鐵泥易造成二次污染。構筑高效的非均相電芬頓催化劑為解決這些問題提供了新的途徑。

盡管非均相電芬頓催化劑材料已經有了相當大的改進，但大多數催化劑都是以粉末的形式存在的，這很容易導致在電芬頓過程中材料的集聚并且也不利于材料的循環使用。將粉末材料制造成電極是目前通用的一個方法，中國專利文獻CN 109607696 A公開了一種天然磁鐵礦/炭黑/石墨氈復合陰極的制備方法，該復合陰極采用聚四氟乙烯粘結劑在石墨氈固體支撐物上涂覆磁鐵礦/炭黑粉末催化層來制備，避免了電芬頓過程中pH的調節及金屬催化劑的投加。但該復合陰極制備過程復雜且昂貴，且聚四氟乙烯等不導電的粘結劑會降低電極的電容和電導率，阻礙活性位點的進入并降低離子在電極-電解質界面的滲透性。在長期的運行中，催化劑與固體支撐物之間的粘附性會逐漸變弱，催化劑或粘結劑的釋放可能會造成二次污染。而通過在固體支撐物上原位合成非均相的催化劑形成的自支撐電極能夠成功地克服以上缺點，在原位生成過氧化氫的同時能夠原位活化過氧化氫產生羥基自由基降解污染物，大大縮短了反應路徑。中國專利文獻CN 105110423 A公開了一種碳氣凝膠負載雙金屬有機骨架電芬頓陰極的制備方法，該電芬頓陰極材料以塊狀碳氣凝膠作為基底電極，通過水熱反應將雙金屬有機骨架負載在基底電極上。碳氣凝膠的制備需將苯二酚、甲醛、水和碳酸鈉混合均勻后倒入模具密封靜置得到酚醛樹脂氣凝膠，再用有機試劑進行5～7d的置換后干燥5～7d，最后移至管式爐800～900℃高溫處理。取制備的塊狀碳氣凝膠放入MOF(Fe/Co)前驅體溶液中水熱反應3d，分別在熱水和乙醇溶液中清洗6h，真空干燥得到碳氣凝膠負載雙金屬有機骨架電芬頓陰極。該發明在光電芬頓體系中具有較寬的pH應用范圍和突出的有機物降解效果。但該工藝步驟繁瑣，材料制備耗時長，且雙金屬有機骨架的制備成本高。

發明內容

為了克服現有技術存在的不足，本發明的目的是提供一種工藝簡單且成本低廉的具備高效電芬頓催化活性的石墨氈負載二維層狀納米片的電芬頓陰極材料及其制備方法與應用。

本發明的目的至少通過如下技術方案之一實現。

本發明提供的石墨氈負載二維層狀納米片的電芬頓陰極材料，包括基底電極以及負載在基底電極上的二維層狀納米片，所述基底電極為石墨氈材料，所述二維層狀納米片包括二硫化鉬和氧基氯化鐵。