[發明專利]一種含鐵氧化石墨烯修飾的石墨氈電極及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202210143277.4
• 申請日: 2022-02-16
• 公開（公告）號: CN114506909B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 陳男;馮傳平;路望
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（北京）
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C02F1/72
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 馬歡歡

本發明涉及電極制備技術領域，尤其涉及一種含鐵氧化石墨烯修飾的石墨氈電極及其制備方法與應用。所述含鐵氧化石墨烯修飾的石墨氈電極的制備方法，包括以下步驟：(1)將石墨氈浸入濃硝酸中加熱，得到改性后的石墨氈；(2)將Fe(NO₃)₃·9H₂O、FeSO₄·7H₂O、造孔劑溶解在氧化石墨烯溶液中得到生長溶液；(3)將改性后的石墨氈置于生長溶液中加熱處理，得到含鐵氧化石墨烯修飾的石墨氈電極。本發明采用具有機械強度高，廉價易得的石墨氈為載體，采用一步水熱法修飾電極，解決Fe受腐蝕浸出至溶液以及電極性能不佳等問題，有效縮短了反應時間，提高TOC和TN的去除效率，最大限度的降低電極制備成本和工藝運行成本。

技術領域

本發明涉及電極制備技術領域，尤其涉及一種含鐵氧化石墨烯修飾的石墨氈電極及其制備方法與應用。

背景技術

電芬頓技術可以在陰極催化水中的溶解氧，并通過雙電子還原，原位電生成H₂O₂，進而分解生成羥基自由基用于降解污染物。這種方法不需要額外添加氧化劑，不會產生有毒副產物且操作簡單，因此具有優異的應用前景。非均相電芬頓技術是一種環保、溫和、高效的電芬頓技術手段，被用來降解有機污染物。同時，非均相電芬頓可以原位活化H₂O₂產生羥基自由基，避免了Fe²⁺的釋放和對pH值的依賴。

活性陰極材料(尤其是過渡金屬)在非均相電芬頓的催化過程中發揮著至關重要的作用。而Fe是最廉價無毒且易獲得的過渡金屬材料。目前常使用石墨氈作為修飾的電極基底進行非均相電芬頓。Fe直接暴露在碳纖維表面，很容易受到電子、離子、分子等腐蝕作用而失活。并且在使用過程中，由于缺少催化位點(往往只注重H₂O₂的產生)，Fe(II)不能及時在陰極電催化還原，使得雙電子氧還原(ORR)性能與Fe(II)的獲得不能同時被考慮。

中國專利CN110862128A公開了一種二硫化鐵復合石墨氈電極的制備方法，該發明可以很好地克服傳統芬頓反應pH范圍窄、鐵和過氧化氫用量大且不可再生的問題，但是金屬直接暴露在石墨氈表面很容易受到腐蝕脫落，導致電極失活并且帶來后續的分離問題。中國專利CN109244402A公開了一種石墨烯包覆四氧化三鐵復合電極材料及其制備方法，該方法證實了石墨烯材料對過渡金屬材料的保護作用，同時制備流程也簡單于中國專利CN110862128A，但是該材料為復合粉末材料，實際為電極表面的活性材料而不能直接將粉末用做電極，并且顆粒狀的四氧化三鐵的接觸面積遠小于本發明所使用的片狀的Fe的層狀雙氫氧化物(Fe^IIFe^III-LDH)，其錨定后的穩定性難以保證。

因此，開發經濟、高效及環境適應性強的非均相電芬頓電極，對于電芬頓技術水處理的推廣和應用具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種含鐵氧化石墨烯修飾的石墨氈電極及其制備方法與應用，以解決目前非均相電芬頓電極的腐蝕以及性能問題。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種含鐵氧化石墨烯修飾的石墨氈電極的制備方法，包括以下步驟：

(1)將石墨氈浸入濃硝酸中加熱，得到改性后的石墨氈；

(2)將Fe(NO₃)₃、FeSO₄、造孔劑溶解在氧化石墨烯溶液中得到生長溶液；

(3)將改性后的石墨氈置于生長溶液中加熱處理，得到含鐵氧化石墨烯修飾的石墨氈電極。

優選的，所述石墨氈在浸入濃硝酸前進行洗滌和干燥，所述洗滌是在乙醇中連續超聲13～18min，再使用水清洗3～4次，所述干燥為在55～65℃的空氣中干燥10～14h。