一种金铜合金-碳布复合电极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及电芬顿降解有机污染物技术领域，具体涉及一种金铜合金

【技术实现步骤摘要】
一种金铜合金
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碳布复合电极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电芬顿降解有机污染物
，尤其涉及一种金铜合金
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碳布复合电极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]作为一种典型的内分泌干扰物质，双酚A(BPA，2,2
‑
双(4
‑
羟基苯基)丙烷)经常被用于制造聚碳酸酯塑料、环氧树脂和其他塑料产品，以达到使其结构坚固、透明的目的。鉴于双酚A的生物降解特性较差，过量的使用会导致其在环境中的大量积累。即使在浓度相对较低的情况下，长期接触双酚A也可能给水生动物乃至人类带来严重威胁，例如破坏内分泌系统、损伤神经/免疫系统甚至患上各种癌症。为了解决这个棘手的难题，人们提出了各种策略来去除水环境中的双酚A。传统的废水处理工艺涉及化学方法(化学沉淀、混凝和氧化还原反应)、物理方法(过滤、吸附和渗透膜)、生物技术(活性污泥和生物膜)等。然而，考虑到双酚A复杂的化学结构带来的难降解程度，尤其在痕量水平下，这些方法并不能有效去除双酚A。因此，从环境安全和人类健康的角度出发，我们迫切需要找到一种有效的去除技术，能够完全降解持久性有机污染物。
[0003]除传统方法外，作为高级氧化工艺(AOP)的一种，电芬顿法(EF)通过原位生成具有强氧化能力的羟基自由基(
·
OH)(E0(
·
OH/H2O)＝+2.8V
NHE
)，在高效、通用和环保的降解和矿化有机污染物方面具有无可比拟的优势，因此设计一种合适的电芬顿催化剂至关重要。以往与电芬顿工艺相关的大多数研究主要集中在铁基催化剂上，但传统的铁基电芬顿反应存在一些固有的缺点，例如工作pH范围窄，在非酸性条件下会生成难溶的含铁污泥，从而导致整体氧化效率降低，甚至催化剂失活。因此，人们做出了大量努力来设计各种无铁类芬顿单金属催化剂。尽管这些材料在中性pH条件下表现出良好的电芬顿催化活性和有机污染物去除性能，且不会产生污泥，但法拉第效率低和单金属催化剂活性位点不足等缺陷限制了它们在实际环境修复过程中的大规模应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的之一是提供一种金铜合金
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碳布复合电极材料制备方法，不仅实现了从电子废弃物中回收金属，同时将其与碳布结合转换为高性能，可循环使用的电芬顿催化剂，实现了对水体中有机污染物双酚A的快速高效去除。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种金铜合金
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碳布复合电极材料制备方法，包括以下步骤：
[0006](1)对碳布进行亲水处理；
[0007](2)将盐酸和硝酸按照3:1体积比混合制得王水，用王水浸泡废弃的计算机中央处理器即CPU，得到金属浸出液，调整金属浸出液的pH至3.0～7.0待用；
[0008](3)将步骤(1)的亲水碳布作为工作电极、步骤(2)调整pH的金属浸出液作为电沉积前驱体溶液，在
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1.2V～0V的恒电压条件下在亲水碳布的表面电化学沉积；
[0009](4)沉积结束后将碳布取出用去离子水洗涤，真空干燥即得到金铜合金
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碳布复合电极材料。
[0010]作为金铜合金
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碳布复合电极材料的制备方法进一步的改进：
[0011]优选的，所述步骤(1)亲水处理的步骤如下：将碳布浸泡在3～5mol/L硝酸溶液中80℃～100℃加热3～6h，然后取出后冷却至室温，用去离子水洗涤至中性后置于去离子水中保存。
[0012]优选的，步骤(2)中废弃的CPU浸泡在王水中，每100ml的王水中浸泡一个CPU，在500rpm～1000rpm磁力搅拌48～72小时，采用0.22μm或0.45μm水系滤嘴对浸出液进行过滤，得到金和铜浓度分别为10～20mg/L和1000～2000mg/L的金属浸出液。
[0013]优选的，步骤(3)中恒电压为0V，电化学沉积的时间为30～60分钟。
[0014]优选的，步骤(4)中真空干燥的温度为60℃～80℃，时间为12～24小时。
[0015]本专利技术的目的之二是提供一种上述制备方法制得的金铜合金
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碳布复合电极材料。
[0016]本专利技术的目的之三是提供一种上述金铜合金
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碳布复合电极材料在电芬顿降解双酚A的应用。
[0017]作为金铜合金
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碳布复合电极材料在电芬顿降解双酚A的应用进一步改进：
[0018]优选的，以含硫酸钠和双酚A的水溶液作为电解液，调节电解液的pH为3.0～11.0，金铜合金
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碳布复合电极材料作为工作电极，亲水碳布电极材料作为对电极，银/氯化银电极作为参比电极，持续通入100～300mL/min的氧气进行电芬顿反应。
[0019]优选的，所述电解液中硫酸钠的浓度为50～100mM，双酚A的浓度为20～50mg/L。
[0020]优选的，所述工作电极的电压为
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0.5V～
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2V，通电时间为1～2h。
[0021]本专利技术相比现有技术的有益效果在于：
[0022]1)目前，现有技术中关于制备双金属合金的方法包括：化学还原和分步电沉积法；其中化学还原法以含有双金属离子混合溶液作为前驱体溶液，加入还原剂以化学还原的方式将双金属离子同时还原为双金属合金，而分步电沉积法则分别以单金属离子溶液为前驱体溶液，在前一种金属电沉积结束后继续电沉积第二种金属来实现双金属合金的制备。上述方法不仅需要准备昂贵的贵金属作为原料，还要消耗大量的化学试剂以及分步电沉积法也需要消耗过多的电量。
[0023]基于对以上改善双金属合金制备的考量，本专利技术选择把含有金、铜离子的前驱体溶液替换为王水溶解废弃CPU得到的含有金、铜离子的金属浸出液，在选取特定恒电压的条件下一步电化学沉积法即可得到金铜双金属合金，该方法不仅解决的贵金属来源昂贵的问题，还无需向反应中加入多余的化学试剂，一步电沉积法同时也节省了电量，以经济环保的手段实现了废弃资源的二次回收利用。
[0024]2)本专利技术提供的制备金铜合金
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碳布复合电极材料方法，是在一种可行的、低成本、易于批量制备的简单的电沉积合成策略下，以废弃CPU为原料，将高密度的金铜合金纳米颗粒均匀地生长在碳布表面，得到了一种富含丰富活性位点的金铜合金
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碳布复合电极材料。由于金和铜之间的协同氧化还原反应，合成的金铜合金
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碳布复合电极材料对双酚A的降解性能优异，具有高效和良好的循环特性。
[0025]3)采用本专利技术的工艺所制备的金铜合金
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碳布复合电极材料(AuCu/CC
─
1)能够在
2h内对50mg/L的双酚A达到99.5％的去除；能够多次循环降解双酚A，且去除效率在90％以上。
附图说明
[0026]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金铜合金
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碳布复合电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对碳布进行亲水处理；(2)将盐酸和硝酸按照3:1体积比混合制得王水，用王水浸泡废弃的计算机中央处理器即CPU，得到金属浸出液，调整金属浸出液的pH至3.0～7.0待用；(3)将步骤(1)的亲水碳布作为工作电极、步骤(2)调整pH的金属浸出液作为电沉积前驱体溶液，在
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1.2V～0V的恒电压条件下在亲水碳布的表面电化学沉积；(4)沉积结束后将碳布取出用去离子水洗涤，真空干燥即得到金铜合金
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碳布复合电极材料。2.根据权利要求1所述的金铜合金
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碳布复合电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)亲水处理的步骤如下：将碳布浸泡在3～5mol/L硝酸溶液中80℃～100℃加热3～6h，然后取出后冷却至室温，用去离子水洗涤至中性后置于去离子水中保存。3.根据权利要求1所述的金铜合金
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碳布复合电极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中废弃的CPU浸泡在王水中，每100ml的王水中浸泡一个CPU，在500rpm～1000rpm磁力搅拌48～72小时，采用0.22μm或0.45μm水系滤嘴对浸出液进行过滤，得到金和铜浓度分别为10～20mg/L和1000～2000mg/L的金属浸出液。4.根据权利要求1所述的金铜合金
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【专利技术属性】
技术研发人员：张云霞，叶梦翔，付珍，汪国忠，张海民，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：