[發明專利]一種基于中空碳納米纖維的電極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110391488.5
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113213588B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 黃洪;代益;司徒粵
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01M4/1393
• 分類號: H01M4/1393;C02F1/461
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 齊鍵

本發明公開了一種基于中空碳納米纖維的電極材料及其制備方法和應用。本發明的基于中空碳納米纖維的電極材料的組成包括碳纖維網以及負載在碳纖維網上的含鐵?鎳納米顆粒的碳納米纖維、碳納米管和碳包覆鐵?鎳納米顆粒，碳纖維網由中空碳纖維構成。本發明的基于中空碳納米纖維的電極材料的制備方法包括以下步驟：將聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、可溶性鐵鹽和可溶性鎳鹽分散在溶劑中制成紡絲原液，再進行靜電紡絲紡織成網，再進行碳化。本發明的基于中空碳納米纖維的電極材料的比表面積大、親水性強、活性位點多、穩定性良好，且制備工藝簡單，制成的陽極輕薄，在電化學法處理廢水領域具有很好的應用前景。

技術領域

本發明涉及廢水處理技術領域，具體涉及一種基于中空碳納米纖維的電極材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著科技的進步和電子產品越來越普及，PCB(印制電路板)行業得到了快速發展，而由于PCB在制作過程中不可避免有蝕刻過程，蝕刻過程會產生大量含有高濃度銅離子的酸性蝕刻廢液，酸性蝕刻廢液的再生和回收是PCB生產行業關注的重要課題。

目前，主要是通過化學回收方法和電化學再生方法進行酸性蝕刻廢液的再生和回收。化學回收方法是將一部分蝕刻廢液中的Cu⁺氧化成為Cu²⁺后再轉化成符合生產要求的酸性蝕刻再生液，而另一部分蝕刻廢液則被送到指定工廠進行化學回收CuSO₄或CuO，該方法雖然操作簡單，但需要消耗大量的化學原料，且在整個回收過程中會生成大量的廢液，對環境的影響較大。電化學再生方法可以回收蝕刻廢液中多余的銅，整個工藝流程需要添加的化學藥劑少，對環境的污染小，回收產品的價值高，具有更好的應用前景。

電極材料的性能會直接影響電化學再生方法的效果，開發性能更加優異的電極材料是進一步發展電化學再生方法再生和回收酸性蝕刻廢液的關鍵。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于中空碳納米纖維的電極材料及其制備方法和應用。

本發明所采取的技術方案是：

一種基于中空碳納米纖維的電極材料，其組成包括碳纖維網以及負載在碳纖維網上的含鐵-鎳納米顆粒的碳納米纖維、碳納米管和碳包覆鐵-鎳納米顆粒；所述碳纖維網由中空碳纖維構成。

優選的，所述含鐵-鎳納米顆粒的碳納米纖維的直徑為10nm～25nm。

優選的，所述碳納米管的直徑為10nm～25nm。

優選的，所述碳包覆鐵-鎳納米顆粒的粒徑為10nm～25nm。

優選的，所述中空碳纖維的直徑為90nm～170nm。

上述基于中空碳納米纖維的電極材料的制備方法包括以下步驟：將聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、可溶性鐵鹽和可溶性鎳鹽分散在溶劑中制成紡絲原液，再進行靜電紡絲紡織成網，再進行碳化，即得基于中空碳納米纖維的電極材料。

優選的，所述聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、可溶性鐵鹽、可溶性鎳鹽的質量比為1:0.5～1.5:0.5～1.5:0.05～0.35。

優選的，所述紡絲原液的固含量為10％～15％。

優選的，所述聚丙烯腈的數均分子量為150000～200000。

優選的，所述聚乙烯吡咯烷酮的數均分子量為1000000～2000000。

優選的，所述可溶性鐵鹽為硝酸鐵、醋酸鐵、乙酰丙酮鐵中的至少一種。

優選的，所述可溶性鎳鹽為醋酸鎳、硝酸鎳、氯化鎳中的至少一種。

優選的，所述溶劑為N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DEF)中的至少一種。