负载复合氧化物磁性纳米线和碳纳米管的电极及其制备和应用制造技术

本发明专利技术公开了一种负载复合氧化物磁性纳米线和碳纳米管的电极及其制备和应用，制备包括：(1)将十六烷基三甲基溴化铵、环己烷和正戊醇混合均匀，然后加入草酸溶液，混合均匀后加入含过渡金属离子和钴离子的混合溶液，室温下持续搅拌反应得微乳液；(2)离心去杂质后在空气中烘干得粉末，再在空气中煅烧得过渡金属/钴复合氧化物磁性纳米线；(3)将所得过渡金属/钴复合氧化物磁性纳米线与多壁碳纳米管及十二烷基苯磺酸钠溶解于乙二醇中，分散均匀后浸入海绵或碳毡电极，海绵或碳毡电极取出烘干，再浸入，重复数次后即得。本发明专利技术实际应用效果稳定高效，能够进一步制备得到附载金属氧化物/碳纳米管电极，进行有机污染物的等离子体降解。

Electrode, preparation and application of magnetic nanowires and carbon nanotubes loaded with compound oxide

【技术实现步骤摘要】
负载复合氧化物磁性纳米线和碳纳米管的电极及其制备和应用
本专利技术属于催化材料纳米线电极制备以及环境污染净化应用
，具体涉及一种附载金属氧化物/碳纳米管电极的制备方法。
技术介绍
近年来，等离子体催化技术一直被认为是一种高效降解有机污染物的高级氧化技术，但液相放电技术存在电压高，电极损耗较大等问题。为了解决电极材料损耗大、起晕电压高等缺点，研究者们采用多孔性网状玻璃碳电极或不锈钢金属网作为电极提高放电通道，或在板电极表面分布小孔，可以在电极周边及孔边缘地区形成放电通道，通过宏观电极材料结构和形式的改变能增强放电通道。而通过改变微观纳米结构电极材料产生纳米效应也越来越引起了人们的注意，合适的纳米结构电极材料更有利于电晕放电的产生。
技术实现思路
本专利技术提供一种简单易制的过渡金属/钴复合氧化物磁性纳米线合成方法，实际应用效果稳定高效，能够进一步制备得到附载金属氧化物/碳纳米管电极，进行有机污染物的等离子体降解。一种负载复合氧化物磁性纳米线和碳纳米管电极的制备方法，包括如下步骤：(1)将十六烷基三甲基溴化铵、环己烷和正戊醇混合均匀，然后加入草酸溶液，混合均匀后加入含过渡金属离子和钴离子的混合溶液，室温下持续搅拌反应得微乳液；(2)将微乳液离心去杂质后在空气中烘干得粉末，再将所得粉末在空气中煅烧得过渡金属/钴复合氧化物磁性纳米线；(3)将所得过渡金属/钴复合氧化物磁性纳米线与多壁碳纳米管及十二烷基苯磺酸钠溶解于乙二醇中，分散均匀后浸入海绵或碳毡电极，海绵或碳毡电极取出烘干，再浸入，重复数次后即得。本专利技术将金属氧化物纳米线/碳纳米管电极应用于脉冲电晕放电体系，利用CNTs作为金属氧化物纳米线载体，通过CNTs表面富集，提高污染物与金属氧化物催化剂充分接触，电极表面的金属氧化物纳米线大大提高电极导电性，在电极表面形成纳米线尖端微放电，提高放电电场强度，实现金属氧化物催化作用，为提高降解效率提供多重优势。本专利技术制备方法采用微乳液制备法。微乳液通常由表面活性剂、助表面活性剂、有机溶剂和水(或水溶液)组成。对纳米材料的粒径和稳定性进行精确控制，限制了纳米粒子的成核、生长、聚结、团聚等过程，从而形成的纳米粒子包裹有一层表面活性剂，并有一定的凝聚态结构。优选地，十六烷基三甲基溴化铵、环己烷、正戊醇、草酸混合。其中十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，是一种表面活性剂，起到增加表面活性，降低油水界面张力以及阻止液面聚集，提高稳定性，形成油/水界面形成的有序组合体的作用。正戊醇则是一种助表面活性剂。主要起到如下作用：(1)降低界面张力；(2)增加界面膜流动性；(3)调整表面活性剂活动值。环己烷是油相，草酸溶液则组成水相。草酸作为模板，与金属离子形成草酸盐，进一步形成可牺牲模板，高温煅烧后微乳液和草酸模板被分解去除，最终形成金属氧化物纳米线。两种互不相溶的连续介质被表面活性剂双亲分子分割成微小空间形成微型反应器，其大小可控制在纳米级范围，反应物在体系中反应生成固相粒子。优选地，十六烷基三甲基溴化铵、环己烷、正戊醇、草酸和混合溶液的混合比例为1g：25～35mL：0.8～1.2mL：1.2～1.8mL：0.4～0.6mL，所述草酸溶液的浓度为0.1M，混合溶液中过渡金属离子的浓度为0.05M～0.1M，钴离子的浓度为0.05M～0.1M。进一步优选，所述十六烷基三甲基溴化铵、环己烷、正戊醇和草酸的混合比例为1g：30mL：1mL：1.5mL：0.5mL。优选地，将过渡金属的盐溶液和钴的盐溶液混合得步骤(1)中所述含过渡金属离子和钴离子的混合溶液，所述过渡金属的盐溶液为Zn(NO3)2、FeSO4Mn(NO3)2、Ni(NO3)2溶液中的一种；所述钴的盐溶液为Co(NO3)2溶液。优选地，步骤(1)中持续搅拌反应20～25h得微乳液。步骤(2)中去杂质的方法为采用酒精离心。优选地，步骤(2)中烘干温度为75～85℃；煅烧温度为500℃～700℃；进一步优选地，煅烧温度为500℃，煅烧时间为2～4小时。优选地，步骤(3)中电极每次的浸入时间为15～25min；每次干燥在65～75℃烘箱烘干0.8～1.2h。优选地，步骤(4)中过渡金属/钴复合氧化物磁性纳米线在乙二醇中的浓度为0.05mg/mL～0.15mg/mL；多壁碳纳米管在乙二醇中的浓度为3mg/mL～5mg/mL；十二烷基苯磺酸钠在乙二醇中的浓度为35mg/mL～45mg/mL。进一步优选地，步骤(4)中过渡金属/钴复合氧化物磁性纳米线在乙二醇中的浓度为0.1mg/mL；多壁碳纳米管在乙二醇中的浓度为4mg/mL；十二烷基苯磺酸钠在乙二醇中的浓度为40mg/mL。微乳液体系在室温下混合搅拌即可发生良好的反应，节约能源且制备流程简单；其次，粉末经高温煅烧后得到了双金属氧化物纳米线，使纳米线具有更强的稳定性能，不易高温变性。经过以上优选步骤所制备的纳米线材料具有长度适中，粗细均匀的特点，且双金属氧化物纳米线相较于单金属纳米线具有更高的稳定性，高温下不易变性，相较于非金属纳米线具有更好的导电性，且制备成本更为低廉，过程更为简单。基底采用海绵、碳毡、碳布等，比表面积大，负载能力强，能吸附大量污染物质以及催化剂材料。将制备材料进一步负载在基底上，获得良好的导电材料。置于高压反应器内对污水进行处理，去除效率高，降解彻底，相较于传统的水处理工艺具有高效，快速的特点。一种最优选的制备方法，包括如下步骤：(1)将2.59g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、75mL环己烷和2.5mL正戊醇混合，放在磁力搅拌器上搅拌20分钟形成，往上述溶液系统中加入3.75mL浓度为0.1M的草酸溶液，并充分搅拌30分钟；(2)往步骤(1)中加入1.25ml的0.05M～0.1M的Zn(NO3)2、FeSO4Mn(NO3)2或Ni(NO3)2溶液和0.05M～0.1MCo(NO3)2混合溶液，并在室温下搅拌24小时，整个操作过程保持搅拌；(3)将步骤(2)得到的微乳液经过酒精离心去除多余的杂质离子，最终得到的样品在空气中80℃烘干，得到粉末，将粉末分别在空气中(500℃/700℃)煅烧3小时，得到最终产物过渡金属钴氧化物磁性纳米线；(4)取步骤(3)0.01g磁性复合金属氧化物纳米线、0.4g多壁碳纳米管和4g十二烷基苯磺酸钠溶解于100mL乙二醇中，配好后超声30min；将海绵/碳毡电极在配置好的复合溶液浸中泡20min，取出后70℃烘箱烘干(约1h)，此过程重复3次，获得附载金属氧化物/碳纳米管电极。本专利技术还提供一种如所述制备方法制备得到的负载复合氧化物磁性纳米线和碳纳米管的电极。本专利技术还提供一种有机污染废水的等离子体处理方法，其特征在于，包括如下步骤：以所述负载复合氧化物磁性纳米线和碳纳米管的电极为接地电极、石英玻璃为高压电极，对有机污染废水进行等离子体处理，施加偏压10～30V，放电处理0.5～1h。所述有机污染物为苯环类有机污染物(苯酚、氯酚、多氯联苯等)。优选地，等离子处理过程中输入电压20V，放电处理时间为0.5h。本专利技术的有益效果是：以稳定的吸附性强的海绵或碳毡作为载体，同时碳纳米管作为金属氧化物纳米线载体，通过表面富集，提高污染物与金属氧化物催化剂充分接触，在电极表面形成纳米线尖端微放电，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负载复合氧化物磁性纳米线和碳纳米管的电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将十六烷基三甲基溴化铵、环己烷和正戊醇混合均匀，然后加入草酸溶液，混合均匀后加入含过渡金属离子和钴离子的混合溶液，室温下持续搅拌反应得微乳液；(2)将微乳液离心去杂质后在空气中烘干得粉末，再将所得粉末在空气中煅烧得过渡金属/钴复合氧化物磁性纳米线；(3)将所得过渡金属/钴复合氧化物磁性纳米线与多壁碳纳米管及十二烷基苯磺酸钠溶解于乙二醇中，分散均匀后浸入海绵或碳毡电极，海绵或碳毡电极取出烘干，再浸入，重复数次后即得。

【技术特征摘要】
1.一种负载复合氧化物磁性纳米线和碳纳米管的电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将十六烷基三甲基溴化铵、环己烷和正戊醇混合均匀，然后加入草酸溶液，混合均匀后加入含过渡金属离子和钴离子的混合溶液，室温下持续搅拌反应得微乳液；(2)将微乳液离心去杂质后在空气中烘干得粉末，再将所得粉末在空气中煅烧得过渡金属/钴复合氧化物磁性纳米线；(3)将所得过渡金属/钴复合氧化物磁性纳米线与多壁碳纳米管及十二烷基苯磺酸钠溶解于乙二醇中，分散均匀后浸入海绵或碳毡电极，海绵或碳毡电极取出烘干，再浸入，重复数次后即得。2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，十六烷基三甲基溴化铵、环己烷、正戊醇、草酸和混合溶液的混合比例为1g：25～35mL：0.8～1.2mL：1.2～1.8mL：0.4～0.6mL，所述草酸溶液的浓度为0.1M，混合溶液中过渡金属离子的浓度为0.05M～0.1M，钴离子的浓度为0.05M～0.1M。3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，将过渡金属的盐溶液和钴的盐溶液混合得步骤(1)中所述含过渡金属离子和钴离子的混合溶液，所述过渡金属的盐溶液为Zn(NO3)2、FeSO4...

【专利技术属性】
技术研发人员：张轶，聂菊桃，陈梦娇，朱家琛，董炀，王鹏凯，丛燕青，王齐，
申请(专利权)人：浙江工商大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33