一种富氢水制备方法技术

本发明专利技术涉及一种富氢水制备方法，属于富氢水技术领域，包括以下步骤：通过同轴静电纺丝技术、高温煅烧和水热刻蚀制备中空多孔还原氧化石墨烯管，再在中空多孔还原氧化石墨烯管表面沉积镍层，最后在镍层表面通过水热合成NiS2/MoS2异质结构，并利用氟化铵进行刻蚀，得到双功能电解水催化剂，用该双功能电解水催化剂分别作为析氧工作电极和析氢工作电极，进行电解水制备并收集氢气，最后通过微纳米气泡发生装置获得富氢水。本发明专利技术技术方案中，制备的双功能电解水催化剂既具备稳定性又具备较好的催化活性，用于电解水工艺中可以提高氢气转换率、减小能耗、降低成本，从而促进富氢水的工业化应用。业化应用。

【技术实现步骤摘要】
一种富氢水制备方法


[0001]本专利技术属于富氢水
，具体地，涉及一种富氢水制备方法。

技术介绍

[0002]富氢水是最常用的、方便安全且有效的氢气载体，近些年针对富氢水的生物学研究日益发展起来，越来越多的研究表明富氢水具有改善多种疾病的效果。富氢水的制备方法可分为三类：物理法，化学法和电解析出法，其中电解析出法即通过电解水产生氢气再将产生的氢气溶解于水中制备得到富氢水，也是最常用的方法之一，而现有电解水制氢过程能耗高、成本高，阻碍了电解水制氢的大规模工业应用，也进一步阻碍了富氢水的工业化应用，研发具有高催化活性的双功能电解水催化剂，是降低电解水过程能耗的有效方法。
[0003]过渡金属硫化物如具有典型二维层状结构的MoS2，其具有较低的成本、地球资源丰富和先进的电催化性能，但是活性位点暴露不足且导电率较低，同时仅具有高效的析氢性能，无法满足实际要求。所以，需要将MoS2与其他导电材料相结合，获得一种高导电率、高电催化活性的双功能电解水催化剂。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种富氢水制备方法，通过同轴静电纺丝技术、高温煅烧和水热刻蚀制备中空多孔还原氧化石墨烯管，再在中空多孔还原氧化石墨烯管表面沉积镍层，最后在镍层表面通过水热合成NiS2/MoS2异质结构，并利用氟化铵进行刻蚀，得到双功能电解水催化剂，该双功能电解水催化剂具有优异的导电率、电催化活性和稳定性，用于电解水工艺中可以提高氢气转换率、减小能耗、降低成本，从而促进富氢水的工业化应用。
[0005]本专利技术要解决的技术问题：过渡金属硫化物如具有典型二维层状结构的MoS2，其具有较低的成本、地球资源丰富和先进的电催化性能，但是活性位点暴露不足且导电率较低，同时仅具有高效的析氢性能，无法满足实际要求。所以，需要将MoS2与其他导电材料相结合，获得一种高导电率、高电催化活性的双功能电解水催化剂。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0007]一种富氢水制备方法，包括以下步骤：
[0008]A1、中空多孔还原氧化石墨烯管的制备；
[0009]将含有氧化石墨烯的壳层纺丝溶液和含有聚乙烯吡咯烷酮的芯层纺丝溶液分别放入同轴喷丝头的两个单独的注射器中，通过同轴静电纺丝技术制备得到芯壳结构纤维丝；将芯壳结构纤维丝进行高温煅烧，得到中空还原氧化石墨烯管；将中空还原氧化石墨烯管进行水热刻蚀，得到中空多孔还原氧化石墨烯管；
[0010]上述制备过程中，通过同轴静电纺丝技术制备得到芯壳结构纤维丝，再经过高温煅烧使得溶剂蒸发、聚乙烯吡咯烷酮分解，同时将氧化石墨烯还原成还原氧化石墨烯，得到中空还原氧化石墨烯管，最后利用过氧化氢对中空还原氧化石墨烯管的管壁进行水热刻蚀，使得管壁表面产生微纳米孔洞，该微纳米孔洞以及还原氧化石墨烯管的中空结构有益
于电解过程中气泡的逸出且有利于反应物的吸附，同时促进离子传输；另一方面，过氧化氢在刻蚀过程还使得还原氧化石墨烯管表面产生含氧官能团，该含氧官能团便于后续镍离子的吸附，从而生成分散均匀的镍层。
[0011]含有氧化石墨烯的壳层纺丝溶液的制备过程为：将氧化石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮和吐温60放入二甲基亚砜中，在40
‑
80℃下搅拌2
‑
6h，得到含有氧化石墨烯的壳层纺丝原液；
[0012]进一步地，含有氧化石墨烯的壳层纺丝原液中，氧化石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮和吐温60的质量比为8：5
‑
10：0.7
‑
1.2；氧化石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮和吐温60的浓度为10
‑
20％；
[0013]含有聚乙烯吡咯烷酮的芯层纺丝溶液的制备过程为：将聚乙烯吡咯烷酮放入二甲基亚砜中，搅拌1
‑
3h，得到含有聚乙烯吡咯烷酮的芯层纺丝溶液。
[0014]进一步地，含有聚乙烯吡咯烷酮的芯层纺丝溶液中，聚乙烯吡咯烷酮的浓度为12
‑
18％。
[0015]进一步地，同轴静电纺丝的工艺参数为：电压为10
‑
30kV，芯层纺丝速率为0.5
‑
0.8L/min，壳层纺丝速率为1
‑
1.5L/min，电极距离为15
‑
30cm。
[0016]进一步地，高温煅烧的温度为500
‑
600℃，高温煅烧时间为2
‑
5h，煅烧过程通入氩气进行保护，氩气流量为1
‑
3L/min。
[0017]中空还原氧化石墨烯管进行水热刻蚀的具体步骤为：将中空还原氧化石墨烯管放入去离子水中，搅拌2
‑
5h，再加入过氧化氢水溶液，继续搅拌3
‑
6h，搅拌结束后将上述混合物放入高压釜中进行水热刻蚀，然后取出反应后的物质，过滤，用去离子水洗涤，再在60
‑
90℃下干燥3
‑
5h。
[0018]进一步地，过氧化氢水溶液中，过氧化氢的浓度为25
‑
32％。
[0019]进一步地，中空还原氧化石墨烯管、去离子水和过氧化氢水溶液的用量比为0.4
‑
0.7g：100mL：8
‑
12mL。
[0020]进一步地，水热刻蚀的温度为160
‑
200℃，水热刻蚀时间为3
‑
6h。
[0021]A2、在中空多孔还原氧化石墨烯管表面沉积镍层，得到负载镍沉积层的中空多孔还原氧化石墨烯管；
[0022]负载镍沉积层的中空多孔还原氧化石墨烯管的具体制备过程为：将中空多孔还原氧化石墨烯管放入去离子水中，得到中空多孔还原氧化石墨烯管悬浮液，将可溶性镍盐溶于去离子水中并加入上述中空多孔还原氧化石墨烯管悬浮液中，超声波处理2
‑
6h后旋蒸去除溶剂水，将旋蒸后的混合物放入管式炉中，并通入氢气，进行热还原处理，得到负载镍沉积层的中空多孔还原氧化石墨烯管。
[0023]过氧化氢在刻蚀还原氧化石墨烯管过程中使得管壁表面产生含氧官能团，以及步骤A1中在高温煅烧后残留的含氧官能团可以吸附镍离子形成配合物，从而使得镍纳米颗粒均匀分散至中空多孔还原氧化石墨烯管的内外表面。
[0024]进一步地，中空多孔还原氧化石墨烯管和可溶性镍盐的质量比为100：4.5
‑
9.5。
[0025]进一步地，可溶性镍盐为乙酸镍、氯化镍、硝酸镍中的任意一种。
[0026]进一步地，热还原处理的温度为250
‑
350℃，热还原处理的时间为1
‑
3h。
[0027]进一步地，氢气流速为1
‑
3L/h。
[0028]A3、在负载镍沉积层的中空多孔还原氧化石墨烯管表面沉积NiS2/MoS2异质结构，并利用氟化铵进行刻蚀，得到双功能电解水催化剂；
[0029]将步骤A2制备的负载镍沉积层的中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种富氢水制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A1、中空多孔还原氧化石墨烯管的制备；A2、在中空多孔还原氧化石墨烯管表面沉积镍层，得到负载镍沉积层的中空多孔还原氧化石墨烯管；A3、在负载镍沉积层的中空多孔还原氧化石墨烯管表面沉积NiS2/MoS2异质结构，并利用氟化铵进行刻蚀，得到双功能电解水催化剂；A4、以步骤A3制备的双功能电解水催化剂分别作为析氧工作电极和析氢工作电极，电解液为KOH水溶液，且析氧工作电极与析氢工作电极通过质子交换膜隔开，进行电解水制备并收集氢气；A5、将电解水产生的氢气和水通入气液混合泵中进行混合，混合后通入压力溶气罐中加压使氢气溶入水中，再通入射流器中形成含有微纳米气泡的富氢水，然后将富氢水通入水箱中，最后在水箱的出水口进行富氢水灌装，从而通过上述微纳米气泡发生装置获得富氢水。2.根据权利要求1所述的一种富氢水制备方法，其特征在于，所述中空多孔还原氧化石墨烯管的具体制备过程为：将含有氧化石墨烯的壳层纺丝溶液和含有聚乙烯吡咯烷酮的芯层纺丝溶液分别放入同轴喷丝头的两个单独的注射器中，通过同轴静电纺丝技术制备得到芯壳结构纤维丝；将芯壳结构纤维丝进行高温煅烧，得到中空还原氧化石墨烯管；将中空还原氧化石墨烯管进行水热刻蚀，得到中空多孔还原氧化石墨烯管。3.根据权利要求2所述的一种富氢水制备方法，其特征在于，所述同轴静电纺丝的工艺参数为：电压为10
‑
30kV，芯层纺丝速率为0.5
‑
0.8L/min，壳层纺丝速率为1
‑
1.5L/min，电极距离为15
‑
30cm。4.根据权利要求2所述的一种富氢水制备方法，其特征在于，所述高温煅烧的温度为500
‑
600℃，高温煅烧时间为2
‑
5h，煅烧过程通入氩气进行保护，氩气流量为1
‑
3L/min。5.根据权利要求2所述的一种富氢水制备方法，其特征在于，所述含有氧化石墨烯的壳层纺丝溶液的制备过程为：将氧化石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮和吐温60放入二甲基亚砜中，在40
‑
80℃下搅拌2
‑
6h，得到含有氧化石墨烯的壳层纺丝原液；所述含有氧化石墨烯的壳层纺丝原液中，氧化石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮和吐温60的质量比为8：5
‑
10：0.7
‑
1.2；氧化石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮和吐温60的浓度为10
‑
20％。6.根据权利要求2所述的一种富氢水制备方法，其特征在于，所述含有聚乙烯吡咯烷酮的芯层纺丝溶液的制备过程为：将聚乙烯吡咯烷酮放入二甲基亚砜中，搅拌1
‑
3h，得到含有聚乙烯吡咯烷酮的芯层纺丝溶液；所述含有聚乙烯吡咯烷酮的芯层纺丝溶液中，聚乙烯吡咯烷酮的浓度为12
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18％。7.根据权利要求2所述的一种富氢水制备方法，其特征在于，所述中空还原氧化石墨烯管进行水热刻蚀的具体步骤为：将中空还原氧化石墨烯管放入去离子水中，搅拌2
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5h，再加入过氧化氢水溶液，继续搅拌3
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6h，搅拌结束后将上述混合物放入高压釜中进行水热刻蚀...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨绍成，夏庆杰，吕丽华，
申请(专利权)人：四川氢饮科技有限公司，
类型：发明
国别省市：