一种利用酚渣制备电化学材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用酚渣制备电化学材料的方法，利用酚渣和醛类缩合并进行铁掺杂，得到芳香烃络合铁缩合物；再通过桥联反应和碳化后，得到酚渣碳铁掺杂包合铅氧化物碳材料；在碱性条件下改性后得到酚渣碳铁掺杂包合二氧化铅碳材料；将改性酚渣碳铁掺杂包合二氧化铅碳材料与田菁粉混合研磨，在磨具中压制成所需形状，得到酚渣碳铁掺杂包合二氧化铅平板电极或粒子电极。本发明专利技术将酚渣资源化利用降低电极制备成本低。利用酚醛缩合原理，将酚渣中的酚类物质形成酚类杯芳烃聚合物，并进行铁掺杂，在通过桥联基团将杯芳烃聚合物链接起来形成笼状杯芳烃，并将二氧化铅包合在内，以提高材料的电催化性能和稳定性。料的电催化性能和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种利用酚渣制备电化学材料的方法


[0001]本专利技术涉及工业废渣资源化利用和电化学领域，尤其涉及一种利用酚渣制备电化学材料的方法。

技术介绍

[0002]PbO2电极具有良好的导电性和化学稳定性，且制备简单，价格低廉，并具有较高析氧过电位和较强的氧化能力，能在电解过程中产生大量的
·
OH，能够矿化多种有机物。目前以金属为基体的PbO2电极研究的较多，但存在基体钝化，铅溶出问题，降低了电极的催化性和使用寿命。
[0003]碳材料具有良好的导电性和催化性，有研究将其作为PbO2的载体，制备碳材料改性PbO2电极，专利文件CN02151989.7提供了包覆铁掺杂二氧化铅碳材料电池的制备方法，以碳材料为核，铁掺杂二氧化铅包覆在其表面，增加其充放电性能；专利文件CN02156737.9提供了一种碳包覆纳米金属晶的制备方法，将芳香烃化合物和过渡金属盐在一定温度和压力下混合并发生热聚合反应，实现碳材料对金属单质的包裹，形成具有良好电学性能材料；专利文件CN200710168612.1提供了一种制备碳包覆磁性金属纳米粒子的方法，将无机金属盐和具有环状碳氢化合物分别溶于溶剂中混合，经过蒸干、研磨和热处理，以金属纳米粒子为核心，进行碳包覆，制备出碳包覆磁性金属纳米粒子。因此，碳材料与金属单质和氧化物的结合，有利于改善碳材料的电化学性能。
[0004]酚渣是由稠环芳烃组成的复杂混合物，芳香度和聚合度高、碳含量高等特点，是一种合成功能碳材料的优质前体。目前国内对废酚渣的利用主要为，合成混凝土缓凝减水剂，用来制取防腐油、兽药等,或者是直接作为燃料焚烧掉,造成很大的资源浪费。专利文件CN201811038006.2提供了一种间苯二胺水解废渣的资源化利用方法，间苯二胺水解废渣与甲醛发生缩合反应，并以金属氧化物为模板，制备中孔碳吸附材料；专利文件CN201010183568.3提供了间杯芳烃包合纳米镍催化剂及其制备方法，以间杯芳烃为主体，以可溶性镍盐为镍源，采用液相还原法，以水合肼为还原剂制备杯芳烃包合的纳米镍颗粒。因此，利用酚渣制备酚渣碳铁掺杂包合二氧化铅电化学材料，并应用于电催化氧化材料的制备，将有利于提升现有铁掺杂二氧化铅电化学材料的催化性、稳定性，同时降低电极制备成本。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种利用酚渣制备电化学材料的方法，将酚渣资源化利用降低电极制备成本低。利用酚醛缩合原理，将酚渣中的酚类物质形成酚类杯芳烃聚合物，并进行铁掺杂，在通过桥联基团将杯芳烃聚合物链接起来形成笼状杯芳烃，并将二氧化铅包合在内，防止其流失，以提高材料的电催化性能和稳定性。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：
[0007]一种利用酚渣制备电化学材料的方法，包括以下步骤：
[0008]1)将酚渣和乙醇溶液加入反应釜中，搅拌加热，过滤分离为滤液和滤渣，滤渣进行干燥；
[0009]2)将滤液、盐酸加入反应釜中，氮气保护，缓慢滴加异丁醛溶液，搅拌加热，冷凝回流15～48h(反应釜上安有冷凝器，在加热过程中使得挥发的溶剂冷凝后回流到反应釜中)，再加入乙酰丙酮铁的乙醇溶液，继续回流5～8h，冷却到室温，过滤得固体物，并用去离子水清洗至出水为中性，真空干燥，得到芳香烃络合铁缩合物；
[0010]3)将芳香烃络合铁聚合物和醋酸铅溶于二甲基酰胺溶液中，加入碳酸钾，氮气保护回流36～48h；减压蒸发去除溶剂，加入氢氧化钾、无水乙醇，氮气保护，加热到75～85℃，回流3～5h，过滤得到固体并用去离子水清洗至出水为中性，烘干，得到芳香烃络合铁缩合物包合醋酸铅化合物；
[0011]4)将芳香烃络合铁缩合物包合醋酸铅化合物与上述步骤1)干燥后的滤渣进行研磨，混合，在氮气环境下碳化，得到酚渣碳铁掺杂包合铅氧化物碳材料；
[0012]5)将得到的酚渣碳铁掺杂包合铅氧化物碳材料浸渍于碱性溶液中，并添加氧化剂搅拌1～5h，过滤后经去离子水清洗至中性、干燥后得到改性酚渣碳铁掺杂包合二氧化铅碳材料；
[0013]6)将改性酚渣碳铁掺杂包合二氧化铅碳材料与田菁粉混合研磨，在磨具中压制成所需形状，得到酚渣碳铁掺杂包合二氧化铅平板电极或粒子电极。
[0014]上述步骤1)中酚渣与乙醇的质量比为1:10～50，加热温度为50～65℃。
[0015]上述步骤2)中滤液，盐酸，异丁醛和乙酰丙酮铁的乙醇溶液的质量比为1:0.5～1:0.1～0.3:0.2～1；搅拌加热温度80～95℃，真空干燥温度为50～65℃，时间为18～30h。
[0016]所述盐酸的浓度为85％～90％，所述乙酰丙酮铁的浓度为0.1mmol/L～1mmol/L。异丁醛为分析纯。
[0017]上述步骤3)中芳香烃络合铁聚合物，醋酸铅，二甲基酰胺，碳酸钾，氢氧化钾和无水乙醇的质量比为1:0.2～2:5～10:0.5～1:0.5～2:5～30。
[0018]上述步骤4)中碳化温度为400～800℃，时间为1.5～5h。
[0019]上述步骤5)中碱性溶液为稀氨水、氢氧化钠或氢氧化钾中的一种或混合；氧化剂为次氯酸钠、高氯酸、过硫酸盐或双氧水。
[0020]酚渣碳铁掺杂包合铅氧化物碳材料，碱性溶液，氧化剂的质量比为1:5～10:0.5～1。
[0021]上述步骤6)中改性酚渣铁掺杂二氧化铅碳材料与田菁粉的质量比例为1:0.1～0.5，研磨后的粒径为200～1000目。
[0022]与现有的技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0023]1)本专利技术以廉价的酚渣为原料，利用其中的酚类化合物与醛类产生杯芳烃聚合物，与金属铁离子具有稳定的化学键结合，且在有机溶剂中，金属铁分散均匀，碳化过程中金属粒子不易形成团聚现象，有利于提高电化学性能。
[0024]2)本专利技术通过酰胺类有机溶剂，将金属盐溶解并桥联铁掺杂酚类杯芳烃聚合物，形成笼状杯芳烃，并对金属铅盐进行包合，在碳化及改性后，形成铁掺杂的碳材料包覆在二氧化铅表面，以防止铅金属氧化物的溶出，提高了催化材料寿命。
具体实施方式
[0025]以下实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法，所用设备均为常规设备，市购产品。
[0026]实施例1：
[0027]一种利用酚渣制备电化学材料的方法，包括以下步骤：
[0028]1)将15g酚渣和200g乙醇溶液加入反应釜中，搅拌加热到55℃，过滤分离为滤液和滤渣，滤渣进行干燥；
[0029]2)将100g滤液、60g盐酸加入反应釜中，氮气保护，缓慢滴加15g异丁醛溶液，搅拌加热80℃，停止加热，回流24h，再加入20g乙酰丙酮铁摩尔浓度为0.2mmol/L的乙醇溶液，继续回流6h，冷却到室温，过滤得固体物，并用去离子水清洗至出水为中性，在55℃真空干燥24h，得到芳香烃络合铁缩合物；
[0030]3)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用酚渣制备电化学材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将酚渣和乙醇溶液加入反应釜中，搅拌加热，过滤分离为滤液和滤渣，滤渣进行干燥；2)将滤液、盐酸加入反应釜中，氮气保护，滴加异丁醛溶液，搅拌加热，冷凝回流15～48h，再加入乙酰丙酮铁的乙醇溶液，继续回流5～8h，冷却到室温，过滤得固体物，并用去离子水清洗至出水为中性，真空干燥，得到芳香烃络合铁缩合物；3)将芳香烃络合铁聚合物和醋酸铅溶于二甲基酰胺溶液中，加入碳酸钾，氮气保护回流36～48h；减压蒸发去除溶剂，加入氢氧化钾、无水乙醇，氮气保护，加热到75～85℃，回流3～5h，过滤得到固体并用去离子水清洗至出水为中性，烘干，得到芳香烃络合铁缩合物包合醋酸铅化合物；4)将芳香烃络合铁缩合物包合醋酸铅化合物与上述步骤1)干燥后的滤渣进行研磨，混合，在氮气环境下碳化，得到酚渣碳铁掺杂包合铅氧化物碳材料；5)将得到的酚渣碳铁掺杂包合铅氧化物碳材料浸渍于碱性溶液中，并添加氧化剂搅拌1～5h，过滤后经去离子水清洗至中性、干燥后得到改性酚渣碳铁掺杂包合二氧化铅碳材料；6)将改性酚渣碳铁掺杂包合二氧化铅碳材料与田菁粉混合研磨，在磨具中压制成形，得到酚渣碳铁掺杂包合二氧化铅平板电极或粒子电极。2.根据权利要求1所述一种利用酚渣制备电化学材料的方法，其特征在于，上述步骤1)中酚渣与乙醇的质量比为1:10～50，加热温度为50～65℃。3.根据权利要求1所述一种利用酚渣制备电化学材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立涛，安路阳，尹健博，刘雨，杨爽，范雪健，李红欣，
申请(专利权)人：中钢集团鞍山热能研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：