【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电化学水处理领域，具体涉及一种针状焦基气体扩散电芬顿阴极及其制备方法。
技术介绍
1、芬顿技术起源于1894年，因英国科学家芬顿首次提出而得名，70年后，加拿大科学家eisenhaner首次将芬顿技术引入废水处理领域。
2、电芬顿技术是在传统芬顿技术的基础上利用电能催化产生双氧水或亚铁离子，并发生芬顿反应产生具有强氧化性的羟基自由基，从而降解水中有机污染物的方法。电芬顿技术因芬顿试剂来源不同大体分为：(1)电芬顿h2o2法(ef-h2o2)：fe2+由外部投加，阴极通入氧气发生还原反应生成h2o2；(2)牺牲阳极电芬顿，也称电芬顿-铁氧化法(ef-feox)：芬顿试剂h2o2由外部添加，fe2+则由牺牲铁阳极发生失电子氧化反应生成；(3)铁还原电芬顿(ef-fere)：药剂h2o2与fe3+由外部添加，fe3+在阴极被还原为fe2+，在电解池内芬顿试剂发生芬顿反应生成•oh；(4)铁还原-电芬顿-h2o2法(ef-h2o2-fere)：药剂fe3+由外部添加，fe3+在阴极被还原为fe2+，同时在阴极通入o2发生还原反应生成h2o2。
3、电芬顿技术具有设备简单、反应高效、快速及彻底等诸多优点。但该技术的弊端也显而易见：阴极材料催化效率低，氧气在三相界面传质困难导致的双氧水产率低，制约羟基自由基的生成，在处理大多数污水时均需要在反应前后调整ph值、不可避免发生副反应而产生大量铁泥沉淀等。
4、针对上述问题目前主要的办法有，寻找合适的阴极材料提高电芬顿的电催化性能；添加金属催化剂使
5、专利号cn112591857a中通过将一种金属和aza-cmp负载到植物秸秆活性炭粉末上，得到活性炭复合材料，用钛网包裹活性炭复合材料制成电芬顿气体扩散电极，利用aza-cmp对氧原子的化学吸附作用，提高了氧气还原成双氧水的速率。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种可以高效产生h2o2，无需外加铁源，具有良好电催化性能的针状焦气体扩散电芬顿电极。
2、为解决上述问题本专利技术所采取的技术方案是：
3、一种针状焦基气体扩散电芬顿阴极及其制备方法，所述阴极由载铁催化层、钛网和改性针状焦气体扩散层组成；催化层由载铁针状焦制备而成，增加电流利用率的同时实现了铁离子的循环再生；空气扩散层由疏水性粘结剂与改性针状焦混合而成，聚四氟乙烯增加了空气层的疏水性减少了氧气的传质阻力，提高了氧的传递效率，进而提升了双氧水的生成速率。钛网不仅起到支撑作用提升了电极的稳定性，其优异的导电特征也为电极性能的提升做出贡献。所述的电极具有良好的电催化性能，可有效减小氧气的传质阻力，使氧气的传质由传统的液相传递转变为固-液-气三相传质使其快速高效生产双氧水，铁离子在反应中循环再生减少了铁泥的产生。
4、为了实现上述目的，本专利技术主要采用如下技术方案：
5、一种针状焦基气体扩散电芬顿阴极的制备方法，包括以下步骤：
6、(1)将块状针状焦研磨筛选得到针状焦粉末
7、(2)将针状焦粉末与氢氧化钠进行碱改性处理，得到改性针状焦
8、(3)将改性针状焦加入一定比例的硫酸亚铁溶液浸渍煅烧得到载铁针状焦。
9、(4)将载铁针状焦与无水乙醇和粘结剂混合并压制成型，用液压机压制于钛网上；将改性针状焦与无水乙醇和粘结剂混合并压制成型，用液压机压制于钛网的另一面于马弗炉中煅烧提高其稳定性得到针状焦基气体扩散电芬顿阴极。
10、所述研磨筛选的具体方法为：将块状针状焦放入球磨机中研磨，用150-200目的筛网筛选成粉末得到粉末针状焦。
11、所述碱改性处理，其具体方法为：将针状焦粉末加入0.2-0.5mol/l的氢氧化钠溶液中并置于六联搅拌机下以100-200r/min转速搅拌2-3小时，抽滤烘干得到碱改性针状焦。
12、所述载铁针状焦，其具体方法为：将粉末针状焦加入2％-6％的硫酸亚铁溶液中置于六联搅拌机下以转速150-220r/min搅拌3-6小时，抽滤后烘干，并于马弗炉中以200-400℃温度下煅烧3-5小时得到载铁针状焦。
13、所述的一种针状焦基气体扩散电芬顿阴极，其具体制备方法为：将载铁针状焦与一定量的无水乙醇和粘结剂混合，待乙醇蒸发后压制成长方形片状，并用液压机将其压制于钛网上。
14、所述的一种针状焦基气体扩散电芬顿阴极，其具体制备方法为：将改性针状焦与一定量的无水乙醇和粘结剂混合，待乙醇蒸发后压制成长方形片状，并用液压机将其压制于钛网的另一面得到针状焦及气体扩散电芬顿阴极前驱体。
15、所述的一种针状焦基气体扩散电芬顿阴极，其具体制备方法为：将电极前驱体放入马弗炉中以350-500℃温度煅烧3-6小时，得到针状焦基气体扩散电芬顿阴极。可选的，所述的疏水性粘结剂，本专利技术选用聚四氟乙烯。
16、本专利技术的优势：
17、(1)本专利技术所用的针状焦具有储量丰富、比表面积大、导电性好和易于石墨化等特点，是一种极具潜力的电芬顿阴极材料。
18、(2)本专利技术通过将铁盐负载到阴极材料上，fe2+作为反应催化剂不需要额外投加，可有效去除污染物且不会产生铁泥。
19、(3)针状焦基气体扩散电芬顿阴极可以使焦化废水在催化层表面形成一层薄液膜，与气体接触后会形成气-液-固三相界面，强化氧气的传质作用，提高h2o2产率，提高电极利用效率。
20、(4)针状焦基气体扩散电芬顿阴极在酸性条件下可通过直接活化氧气产生h2o2，强化体系催化性能。
21、(5)专利技术所用钛网作为气体扩散电芬顿阴极的骨架，具有良好的导电性、抗腐蚀性和稳定性，可以承受针状焦基气体扩散电芬顿阴极制备过程中的压力，使电极不发生形变
22、(6)针状焦基气体扩散电芬顿阴极是一种性能优异、绿色环保的电芬顿反应阴极，本实验可为电芬顿阴极在实际中的应用提供坚实的理论基础和实验依据。
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1.一种针状焦基气体扩散电芬顿阴极及其制备方法，其特征在于：电极由针状焦作为基体，表面呈金属光泽、稳定性高、不易脱落。该阴极由载铁针状焦催化层、钛网和改性针状焦气体扩散层组成。
2.根据权利要求一所述的一种针状焦基气体扩散电芬顿阴极，其具体制备方法为：
3.根据权利要求二所述的研磨筛选，其具体方法为：将块状针状焦放入球磨机中研磨，用150-200目的筛网筛选成粉末得到粉末针状焦。
4.根据权利要求二所述的碱改性处理，其具体方法为：将针状焦粉末加入0.2-0.5mol/L的氢氧化钠溶液中并置于六联搅拌机下以100-200r/min转速搅拌2-3小时，抽滤烘干得到碱改性针状焦。
5.根据权利要求二所述的载铁针状焦，其具体方法为：将改性针状焦加入2％-6％的铁盐溶液中置于六联搅拌机下以转速150-220r/min搅拌3-6小时，抽滤后烘干，并于马弗炉中以200-400℃温度下煅烧3-5小时得到载铁针状焦。
6.根据权利要求二所述的载铁针状焦催化层，其具体制备方法为：将载铁针状焦和聚四氟乙烯(质量比为3～6：1)与一定量的无水乙
7.根据权利要求二所述的改性针状焦气体扩散层，其具体制备方法为：将改性针状焦和聚四氟乙烯(质量比为1：2～5)与一定量的无水乙醇混合，待乙醇蒸发后压制成长方形片状，并用液压机将其压制于钛网的另一面，得到针状焦基气体扩散电芬顿阴极前驱体。
8.根据权利要求二所述的一种针状焦基气体扩散电芬顿阴极，其具体制备方法为：
9.一种针状焦基气体扩散电芬顿阴极，其特征在于，采用如权利要求1-8任意一项所述的制备方法制成。
...【技术特征摘要】
1.一种针状焦基气体扩散电芬顿阴极及其制备方法，其特征在于：电极由针状焦作为基体，表面呈金属光泽、稳定性高、不易脱落。该阴极由载铁针状焦催化层、钛网和改性针状焦气体扩散层组成。
2.根据权利要求一所述的一种针状焦基气体扩散电芬顿阴极，其具体制备方法为：
3.根据权利要求二所述的研磨筛选，其具体方法为：将块状针状焦放入球磨机中研磨，用150-200目的筛网筛选成粉末得到粉末针状焦。
4.根据权利要求二所述的碱改性处理，其具体方法为：将针状焦粉末加入0.2-0.5mol/l的氢氧化钠溶液中并置于六联搅拌机下以100-200r/min转速搅拌2-3小时，抽滤烘干得到碱改性针状焦。
5.根据权利要求二所述的载铁针状焦，其具体方法为：将改性针状焦加入2％-6％的铁盐溶液中置于六联搅拌机下以转速150-220...
【专利技术属性】
技术研发人员：王艳秋，刘红，陈磊，高鑫宇，王轶先，尹梓珊，
申请(专利权)人：辽宁科技大学，
类型：发明
国别省市：
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