[發明專利]一種多晶雜化金屬催化電極膜的制備方法

有效

• 申請號: 202110022989.6
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN112678926B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 高常飛;王涵文
• 申請（專利權）人: 煙臺大學
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C02F1/467;C02F3/00;C02F3/28;C02F101/30;C02F101/20
• 代理公司: 煙臺上禾知識產權代理事務所(普通合伙) 37234
• 代理人: 毛毛

1.一種多晶雜化金屬催化電極膜的制備方法，其特征在于，步驟如下：

（1）雙酸強氧化制備DAOGO雙酸剝離氧化石墨烯：在200mLH₂SO₄和H₃PO₄的混合溶液，H₂SO₄溶液與H₃PO₄溶液的體積比例為9:1中加入12.0 g K₂MnO₄和2.0 g石墨粉，H₂SO₄溶液濃度為98.6wt%，H₃PO₄溶液濃度為85.5wt%；在50℃下強力攪拌12 h，自然冷卻至室溫；倒入300mL冰去離子水和2 mL 30% H₂O₂；用150mL去離子水、150mL 30% HCl、150mL乙醇依次離心洗滌；多次洗滌后剩余的材料用200mL的乙醚凝固，得到的懸浮液在孔徑為0.45 μm的聚四氟乙烯膜上過濾;收集濾膜上獲得的固體在室溫下真空干燥24 h，得到DAOGO雙酸剝離氧化石墨烯；

（2）銅基金屬配位合成金屬有機骨架MOF材料；

（3）錳鐵雙組份原位酸化合成鐵錳復合納米顆粒：精準稱取0.12g四氧化三鐵納米顆粒和0.20g高錳酸鉀加入到50mL的去離子水中，超聲震蕩20min，然后將混合溶液放入100mL的不銹鋼反應釜中，再勻速滴加1mL的醋酸，在真空干燥箱中120℃加熱12h，自然冷卻到室溫后，用磁鐵收集沉淀，用去離子水和乙醇清洗數次，使用干燥箱60℃干燥5h，得到紅棕色納米顆粒合成粉末，其為四氧化三鐵-二氧化錳花朵狀復合納米顆粒；

（4）制備電極膜鑄膜液：將16.95g的二甲基甲酰胺DMF放入100mL錐形瓶中，加入1.00g步驟（1）獲得的DAOGO；為防止DMF揮發，使用封口膜將錐形瓶密封，密封后的錐形瓶放入超聲震蕩裝置中震蕩12h，輕晃溶液無顆粒附著在杯壁上；此時將步驟（2）獲得的MOF和步驟（3）獲得的鐵錳復合納米顆粒分別稱取0.50g和1.00g加入到鑄膜液中，使用機械攪拌器攪拌6h，通過金屬骨架吸附作用將MOF和鐵錳復合納米晶體絡合到一起；再分別稱取2.40g聚偏二氟乙烯PVDF和0.40g聚乙烯吡咯烷酮PVP，將裝有混合溶液的錐形瓶放入超聲震蕩裝置中震蕩12h，使溶質完全分散；將均勻分散的鑄膜液放入真空干燥箱中真空脫泡2h；鑄膜液內為防止催化劑沉淀，用振蕩器輔助搖瓶；

（5）磁力懸浮制膜：利用磁極對鑄膜液中的金屬晶體進行牽引，促使鑄膜液中的催化晶體在磁場作用下充分懸浮；將130 g/m²碳纖維導電基底丙酮和乙醇洗滌干化，平鋪刮膜板壓面平整；利用刮膜板和刮膜刀完成涂膜，刮膜刀設置300μm膜厚度，將鑄膜液倒入鑄膜槽，啟動涂膜，涂膜速度0.5m/min；涂抹完畢后，刮膜板在空氣中停留30s，停留期間，利用磁極在刮膜板表面牽引催化劑；將制備好的平板膜迅速放入去離子水中，完成相轉化過程；轉化24h后將平板膜，去離子水清洗后濕法保存，得多晶雜化金屬催化電極膜。

2.一種多晶雜化金屬催化電極膜，通過如權利要求1所述的制備方法獲得。

3.一種如權利要求2所述的多晶雜化金屬催化電極膜在污水處理中的應用，其特征在于，所述的多晶雜化金屬催化電極膜與生物電化學系統耦合，用于重金屬離子的電還原脫除。