一种Mn/稀土金属电极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种Mn/稀土金属电极材料及其制备方法和应用，涉及双金属电极材料技术领域；其制备方法包括以下步骤：(1)将三维基底材料用超纯水超声洗涤，然后硝酸溶液中超声洗涤，去离子水洗涤至中性，最后恒温干燥，得预处理基底材料；(2)将预处理基底材料加入到装有浸渍液的聚四氟乙烯内胆中，然后置于水热釜中水热，冷却后干燥，再置于管式炉中在惰性气氛下焙烧，得Mn/稀土金属电极材料。本发明专利技术还包括上述方法制得的Mn/稀土金属电极材料及其应用。本发明专利技术的电极材料对有机废水降解效果好，且稳定性高，原料价格便宜，生产工艺简单，有效地解决了现有技术中处理成本较高、有机废水降解效果差和稳定性不高等问题。解效果差和稳定性不高等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种Mn/稀土金属电极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及双金属电极材料
，具体涉及一种Mn/稀土金属电极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着经济的高速发展，人们对生存环境的要求也越来越高，环境污染问题受到广泛关注，水体污染就是其中之一。高浓度的有机废水对水体污染程度较高，成为了解决水体污染的一大难题。化学家芬顿(Fenton)于1894年发现，Fe
2+
与过氧化氢(H2O2)混合作用产生的
·
OH自由基能有效地降解有机污染物。但传统的芬顿工艺存在明显的缺陷，如成本高、H2O2利用率低、产生铁泥沉淀等。由此，科学家们研究出了将光、电、微波等与芬顿技术结合的一系列类芬顿技术。
[0003]电芬顿技术作为芬顿体系的衍生技术之一，因其具有对污染物降解率较高、产生二次污染少、占地面积小、操作易于控制等优点，国内外已有众多的研究人员采用此技术处理各种难降解的有机废水，取得了较好的效果。同时，人们深入研究发现如何提高H2O2产率和Fe
2+
的再生率是增强电芬顿体系降解效率的关键问题，其与电芬顿技术的运行经济性息息相关。阴极材料的改性则是目前国内外解决前述问题的手段之一。
[0004]因碳材料具有资源丰富、形状样貌可塑性强、电化学性能稳定、无毒害、污染小等优点，且对比于同类型的碳基材料，石墨毡、碳毡、多孔碳或活性炭纤维等三维碳基材料具有相对良好的机械强度和电催化活性，易于制造以及价格便宜等优点，故选择石墨毡、碳毡、多孔碳或活性炭纤维等三维电极作为阴极并进行改性。
[0005]因Mn、稀土金属(镧、铈、钕、镨等)具有易于调控的价态结构，具有多种价态，如Mn
2+
/Mn
3+
、Ce
3+
/Ce
4+
等，且采用双金属对三维碳基阴极材料进行改性，有助于促进电芬顿过程中的金属氧化/还原循环过程发生，进而有助于提高H2O2产率和降解有机污染物活性。故本专利技术以三维碳基材料为基底设计一种Mn/稀土金属氧化物阴极制备。选择典型的染料废水作为处理对象，探究阴极电芬顿体系对污染物的去除效果和应用范围。这对电芬顿法降解有机废水的研究也具有重大探究意义。

技术实现思路

[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种Mn/稀土金属电极材料及其制备方法和应用，该电极材料对有机废水降解效果好，且稳定性高，原料价格便宜，生产工艺简单，有效解决了现有技术中处理成本较高、有机废水降解效果差和稳定性不高等问题。
[0007]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种Mn/稀土金属电极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将三维基底材料用超纯水超声洗涤10min，然后放入1
‑
3mol/L的硝酸溶液中超声洗涤10min，去离子水洗涤至中性，最后在60
‑
90℃恒温干燥4
‑
8h，得预处理基底材料；
[0009](2)将步骤(1)所得预处理基底材料加入到装有浸渍液的聚四氟乙烯内胆中，然后
置于水热釜中水热，冷却后干燥，再置于管式炉中在惰性气氛下焙烧1
‑
5h，得Mn/稀土金属电极材料。
[0010]进一步，步骤(1)中，基底材料为石墨毡、碳毡、多孔碳或活性炭纤维。
[0011]进一步，步骤(2)中，在80
‑
160℃温度下水热10
‑
18h。
[0012]进一步，步骤(2)中，焙烧温度为300
‑
1000℃。
[0013]进一步，步骤(2)中，惰性气氛为氩气或氮气。
[0014]进一步，稀土金属为铈、镧或镨。
[0015]进一步，步骤(2)中，浸渍液体积为60
‑
80mL。
[0016]进一步，步骤(2)中，浸渍液由以下组分制成：尿素、柠檬酸、一水硫酸锰或硝酸锰、稀土金属硝酸盐或硫酸盐。
[0017]进一步，稀土金属硝酸盐为六水硝酸铈、六水硝酸镧、六水硝酸钕或六水硝酸镨。
[0018]进一步，尿素浓度为5
‑
15mmol/L、柠檬酸浓度为0.1
‑
1mmol/L。
[0019]进一步，浸渍液中的锰和稀土金属的质量比为0:1
‑
10:1。
[0020]上述Mn/稀土金属电极材料的制备方法制得的Mn/稀土金属电极材料。
[0021]上述Mn/稀土金属电极材料在降解有机废水中的应用。
[0022]本专利技术具有以下有益效果：
[0023]1、本专利技术的Mn/稀土金属电极材料对有机废水降解效果好，且稳定性高，原料价格便宜，生产工艺简单，有效解决了现有技术中处理成本较高、有机废水降解效果差和稳定性不高等问题。
[0024]2、本专利技术所得的Mn/稀土金属电极材料中，Mn/稀土金属较为均匀的附着在了石墨毡的表面，增大了其比表面积，进而提升了电极材料的降解性能，且随着重要工艺条件的优化，MnX@GF(X代表Ce、La、Pr或Nd)对罗丹明B的降解率最高可达96.5％。
附图说明
[0025]图1为实验例1降解效果示意图；
[0026]图2为实验例2降解效果示意图；
[0027]图3为实验例3降解效果示意图；
[0028]图4为实验例4降解效果示意图；
[0029]图5为实验例5降解效果示意图；
[0030]图6为实施例2所得MnCe@GF电极材料的SEM图像；
[0031]图7为实施例2所得MnCe@GF对不同污染物的降解效果；
[0032]图8为实施例2所得MnCe@GF稳定性测试结果；
[0033]图9为实施例2所得MnCe@GF猝灭实验结果。
具体实施方式
[0034]以下对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0035]实施例1
非均相氧化还原体系可以通过简单的表面修饰来有效地在弱酸性条件下产生
·
OH，进而高效降解有机污染物，故后续实验以MnCe@GF材料的研究结果分析。
[0051]实验例2
[0052]按实施例2所示的方法制备Mn
‑
Ce双金属电极材料(MnCe@GF)，其中，制备时浸渍液中锰和铈的质量比分别为0：1、1：0、1：1、1：2和2：1。
[0053]取40mL浓度为250mg/L RhB溶液于50mL电解槽中，使用0.187mol/L的H2SO4溶液调节pH(3
‑
5)，采用空气泵(流量0.5L/min)向电解液中通空气，增加电解液中溶解氧浓度。以石墨棒为阳极，MnCe@GF作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Mn/稀土金属电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将三维基底材料用超纯水超声洗涤10min，然后放入1
‑
3mol/L的硝酸溶液中超声洗涤10min，去离子水洗涤至中性，最后在60
‑
90℃恒温干燥4
‑
8h，得预处理基底材料；(2)将步骤(1)所得预处理基底材料加入到装有浸渍液的聚四氟乙烯内胆中，然后置于水热釜中水热，冷却后干燥，再置于管式炉中在惰性气氛下焙烧1
‑
5h，得Mn/稀土金属电极材料。2.如权利要求1所述的Mn/稀土金属电极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述基底材料为石墨毡、碳毡、多孔碳或活性炭纤维。3.如权利要求1所述的Mn/稀土金属电极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，在80
‑
160℃温度下水热10
‑
18h。4.如权利要求1所述的Mn/稀土金属电极材料的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王议，刘晓聪，邢波，杨郭，江彩义，刘兴勇，张福平，张开彬，叶宇玲，
申请(专利权)人：四川轻化工大学，
类型：发明
国别省市：