一种电芬顿气体扩散电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种电芬顿气体扩散电极及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：步骤1，取植物秸秆活性炭粉末，将Aza‑CMP负载到所述植物秸秆活性炭粉末上，得到Aza‑CMP/活性炭复合材料；步骤2，将钴负载到所述Aza‑CMP/活性炭复合材料上，得到负载Aza‑CMP和钴颗粒的复合活性炭材料；用钛网包裹所述负载Aza‑CMP和钴颗粒的复合活性炭材料，得到所述电芬顿气体扩散电极。本发明专利技术在O

【技术实现步骤摘要】
一种电芬顿气体扩散电极及其制备方法
本专利技术涉及船舶油污水处理
，具体涉及一种电芬顿气体扩散电极及其制备方法。
技术介绍
据《2019全球海运发展评述报告》数据显示，2019年初，全球100GT以上有推动力船舶共95402艘，船舶数量在持续增加。船舶在运营过程中机舱内各设备及系统中油相泄漏会产生大量的油污舱底水，船舶舱底水成分十分复杂，除了掺杂油分外，还含有机舱清洗时使用的清洗剂等成分。掺杂了清洗剂的舱底水易乳化，油粒直径在1μm以下，并具有高化学需氧量(COD)的特点，舱底水中的其他有毒类石油烃污染物和还原性物质等也无法经油水分离器去除，入海后仍对海洋环境带来极大地安全隐患。我国环境保护部与国家质量监督检验检疫总局于2018年发布的最新的《船舶水污染物排放控制标准》对船舶舱底水的排放做出了新的规定，要求严格控制船舶舱底水的排放。目前，船舶舱底水的处理方式单一，存在处理能力不足、成本高和处理效果差的现象，对舱底水中石油烃污染物以及还原性物质的处理更是捉襟见肘，只有寻求更有效的处理方法才能减少舱底水的排放对环境造成的污染。电芬顿技术是一种应用于水处理的高级氧化技术，其原理为：H2O2和催化剂在阴极反应产生强氧化性的·OH。·OH具有强氧化性和很强的亲电加成性能，可将大多数有机物氧化分解成小分子物质。电芬顿技术可以分为均相电芬顿和非均相电芬顿。其中，均相电芬顿需要不断添加H2O2和催化剂。非均相电芬顿弥补了均相芬顿技术的不足，能够利用O2持续产生过氧化氢，在降解有机物方面备受青睐。目前非均相电芬顿反应体系中，水中的氧气的溶度及其扩散效率是制约阴极表面产生过氧化氢的关键因素，过量催化金属离子的加入又易影响体系反映效率，甚至带来二次污染。气体扩散电极是一种特制的多孔膜电极，其内部具有丰富的多孔通道，大量的气体可以到达电极内部，将其应用于电芬顿领域可以有效提升O2还原生成H2O2的速率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可以有效提升O2还原生成H2O2反应速率的电芬顿气体扩散电极及其制备方法。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种电芬顿气体扩散电极的制备方法，包括如下步骤：步骤1，取植物秸秆活性炭粉末，将Aza-CMP负载到所述植物秸秆活性炭粉末上，得到Aza-CMP/活性炭复合材料；步骤2，将钴负载到所述Aza-CMP/活性炭复合材料上，得到负载Aza-CMP和钴颗粒的复合活性炭材料；用钛网包裹所述负载Aza-CMP和钴颗粒的复合活性炭材料，得到所述电芬顿气体扩散电极。可选的，所述植物秸秆为葎草秆。可选的，将Aza-CMP负载到所述植物秸秆活性炭粉末上的方法包括：将所述植物秸秆活性炭粉末、Aza-CMP、聚合物Nafion分散于异丙醇溶液中，然后进行干燥。可选的，将钴负载到所述Aza-CMP/活性炭复合材料上的方法包括：将所述Aza-CMP/活性炭复合材料、硝酸钴分散于异丙醇和乙酸的混合溶液中，然后进行干燥。可选的，所述的混合溶液中，异丙醇和乙酸溶液的体积比为3:2。可选的，所述Aza-CMP/活性炭复合材料和硝酸钴的质量比为20:1。本专利技术还提供了一种电芬顿气体扩散电极，所述扩散电极包括：作为支架的钛网，钛网内部填充有负载Aza-CMP和钴颗粒的活性炭材料。可选的，所述的Aza-CMP和所述的钴通过聚合物Nafion聚合负载到所述植物秸秆活性炭粉末上。相对于现有技术，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术在O2还原生成H2O2的过程中，利用Aza-CMP对氧原子的化学吸附作用，提升了O2还原生成H2O2的反应速率。(2)本专利技术制得的电芬顿气体扩散电极无需添加外源的过氧化氢、催化性金属离子，过氧化氢和氧气能够自动再生，降低了使用成本的同时提升了体系的反应效率。(3)本专利技术制得的电芬顿气体扩散电极的制备方法使用的材料来源广、价格低廉且易制备，具有较好的导电性、催化作用以及比表面积大的特点，电极材料内具有丰富的多孔通道，利于氧气的扩散和渗透，进而提高了过氧化氢的产量，同时提升了对有机污染物的降解效率。(4)本专利技术制得的电芬顿气体扩散电极能循环使用，保持较高的降解效率，可用于处理船舶舱底水以及其它工业废水中的有机污染物等。附图说明图1为本专利技术电芬顿气体扩散电极的工作原理图。图2为本专利技术的电芬顿气体扩散电极的制备方法的流程图。图3为本专利技术负载钴颗粒的复合活性炭材料的电镜扫描图。图4为本专利技术的电芬顿气体扩散电极的结构图。图5为本专利技术舱底水中石油烃降解前后的气相色谱图。图6为本专利技术舱底水电解过程中的化学需氧量的示意图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。本专利技术提供了一种电芬顿气体扩散电极的制备方法，包括如下步骤：步骤1，取植物秸秆活性炭粉末，将Aza-CMP负载到所述植物秸秆活性炭粉末上，得到Aza-CMP/活性炭复合材料；步骤2，将钴负载到所述Aza-CMP/活性炭复合材料上，得到负载Aza-CMP和钴颗粒的复合活性炭材料；用钛网包裹所述负载Aza-CMP和钴颗粒的复合活性炭材料，得到所述电芬顿气体扩散电极。其中，氮杂环微孔聚合物(Aza-CMP)是一种廉价无毒、环境友好、化学稳定性好的光热材料，其具有优异的电化学性能，较大的电容，较高的能量和功率密度。在外界电源刺激下，Aza-CMP中的氮原子结合电解质溶液中的H+发生质子化，其邻近的碳原子不稳定，提供分离的电荷。此时，阴极通入的O2得电子还原生成H2O2。同时，不稳定碳原子和氮原子还可以起到化学吸附氧原子的作用，使氧原子的稳定性降低，易于发生还原反应，提升了O2还原生成H2O2的反应速率。当阴极的O2生成H2O2后，H2O2与植物秸秆活性炭反应，生成·OH降解舱底水中的有机物。其中，植物秸秆活性炭可以利用植物秸秆制备得到，其原料来源分布广泛。本专利技术的植物秸秆活性炭作为整个电极的碳基，还可以起到吸附和聚集氧分子的作用。将植物秸秆活性炭与Aza-CMP相聚合，能够有效提升·OH的生成速率。一些实施例中，Aza-CMP负载到所述植物秸秆活性炭粉末上的方法包括：将植物秸秆活性炭粉末、Aza-CMP、Nafion分散于异丙醇溶液中，然后进行干燥。其中，Nafion用于将Aza-CMP与植物秸秆活性炭聚合到一起，得到Aza-CMP/活性炭复合材料，以防止Aza-CMP流失。本专利技术在Aza-CMP/活性炭复合材料上负载了催化剂钴，H2O2与钴反应生成·OH，进一步加速了舱底水中有机物的降解。在一些实施例中，将钴负载到Aza-CMP/活性炭复合材料上的方法包括：将Aza-CMP/活性炭复合材料、硝酸钴分散于异丙醇和乙酸的混合溶液中，然后进行干燥。其中，异丙醇和乙酸溶液的体积比为3:2，Aza-CMP/活性炭复合材料和硝酸钴的质量比为20:1。本专利技术还提供了一种电芬顿气体扩散电极，包括：作为支架的钛网本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电芬顿气体扩散电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1，取植物秸秆活性炭粉末，将Aza-CMP负载到所述植物秸秆活性炭粉末上，得到Aza-CMP/活性炭复合材料；/n步骤2，将钴负载到所述Aza-CMP/活性炭复合材料上，得到负载Aza-CMP和钴颗粒的复合活性炭材料；用钛网包裹所述负载Aza-CMP和钴颗粒的复合活性炭材料，得到所述电芬顿气体扩散电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种电芬顿气体扩散电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，取植物秸秆活性炭粉末，将Aza-CMP负载到所述植物秸秆活性炭粉末上，得到Aza-CMP/活性炭复合材料；
步骤2，将钴负载到所述Aza-CMP/活性炭复合材料上，得到负载Aza-CMP和钴颗粒的复合活性炭材料；用钛网包裹所述负载Aza-CMP和钴颗粒的复合活性炭材料，得到所述电芬顿气体扩散电极。


2.如权利要求1所述的电芬顿气体扩散电极的制备方法，其特征在于，所述植物秸秆为葎草秆。


3.如权利要求1所述的电芬顿气体扩散电极的制备方法，其特征在于，将Aza-CMP负载到所述植物秸秆活性炭粉末上的方法包括：将所述植物秸秆活性炭粉末、Aza-CMP、聚合物Nafion分散于异丙醇溶液中，然后进行干燥。


4.如权利要求1所述的电芬顿气...

【专利技术属性】
技术研发人员：石建强，张桂臣，张少君，王明雨，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：上海;31