[發明專利]一種三維石墨烯基電芬頓陰極及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110041385.6
• 申請日: 2021-01-13
• 公開（公告）號: CN112897645A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 胡超權;李暢;李琳;張宇;楊旭
• 申請（專利權）人: 中科院過程工程研究所南京綠色制造產業創新研究院;南京中科格特康科技有限公司
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C02F1/467;C02F1/72;C02F101/30
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明提供了一種三維石墨烯基電芬頓陰極及其制備方法和應用，所述制備方法包括以下步驟：(1)將液晶相氧化石墨烯分散液進行濕法紡絲，之后經凝固浴得到氧化石墨烯纖維；(2)將步驟(1)得到的氧化石墨烯纖維組裝、還原，得到所述三維石墨烯基電芬頓陰極。本發明提供的三維石墨烯基電芬頓陰極導電性好、比表面積大、催化活性位點豐富，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于石墨烯新材料領域，具體涉及一種三維石墨烯基電芬頓陰極及其制備方法和應用，尤其涉及一種三維石墨烯基電芬頓陰極及其制備方法和應用。

背景技術

電化學高級氧化技術通過生成強氧化性的·OH自由基，無選擇性地將有機分子分解為水和二氧化碳等無機態分子，過程綠色高效且無二次污染，在有機廢水處理領域具有廣闊的應用前景。電芬頓技術作為典型的電化學高級氧化技術，通過陰極電化學還原氧氣原位產生過氧化氫，進而與Fe²⁺與發生芬頓反應生成·OH，以降解有機污染物，同時反應副產物Fe³⁺能夠被陰極還原為Fe²⁺，從而實現降解過程的連續化與可循環。

陰極材料的性能決定H₂O₂的原位生成速率，進而直接影響電芬頓處理有機污染物的能效，因此探索具有優異綜合性能的陰極材料成為該領域的研究熱點。以石墨氈、活性碳纖維、發泡玻璃碳為代表的碳材料由于具有無毒，析氫過電位高，催化分解H₂O₂活性低，化學穩定性、導電性、抗腐蝕性佳等優異性質，成為電芬頓陰極最常用的材料。然而以上碳材料普遍存在催化活性低、比表面積小、導電性差等問題，導致過氧化氫生成速率低、廢水降解效率低、綜合能耗高，從而極大限制了電芬頓技術的工程應用。為提升碳基陰極材料的性能，普遍通過含氧官能團修飾、雜原子摻雜、表面刻蝕造孔等形式增加其催化氧還原產過氧化氫活性位點，然而受限于陰極材料本身較差的導電性與較低的比表面積，該方法對其性能的提升極其有限，且過程耗時耗力。

CN201610234927.0公開了一種應用于非均相電芬頓體系的氧化石墨烯GO/聚3,4-乙烯二氧噻吩PEDOT:聚對苯乙烯磺酸鈉PSS改性的石墨氈電極的制備及應用，該發明將經過除油去污的石墨氈材料作為工作電極，鉑絲電極作為對電極，飽和甘汞電極作為參比電極，氧化石墨烯懸浮液、3,4-乙烯二氧噻吩和聚對苯乙烯磺酸鈉混合液作為電解液，采用循環伏安電聚合方法制備改性的石墨氈電極。該發明改性的石墨氈電極應用于非均相電芬頓體系能顯著提高陰極導電性能和氧化還原產生H₂O₂反應催化活性，可以有效地提升對陽離子染料廢水的降解去除能力。然而其應用性能依然受限于石墨氈電極較差的導電性與比表面積，以及石墨烯與石墨氈界面處電子傳遞阻力。

由于目前受限于陰極材料本身較差的導電性與較低的比表面積，使得制備得到的電芬頓陰極性能受限。因此，如何提供一種具有高導電性、高比表面積、高催化活性的新型電芬頓陰極，成為了亟待解決的問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種三維石墨烯基電芬頓陰極及其制備方法和應用，尤其提供一種三維石墨烯基電芬頓陰極及其制備方法和應用。本發明提供的三維石墨烯基電芬頓陰極導電性好、比表面積大、催化活性位點豐富，具有廣闊的應用前景。

為達到此發明目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供了一種三維石墨烯基電芬頓陰極的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

(1)將液晶相氧化石墨烯分散液進行濕法紡絲，之后經凝固浴得到氧化石墨烯纖維；

(2)將步驟(1)得到的氧化石墨烯纖維組裝、還原，得到所述三維石墨烯基電芬頓陰極。