一种原位生长MOF@Ti4O7复合电极的制备方法技术

技术编号：40318123 阅读：66 留言：0更新日期：2024-02-07 21:01

本发明专利技术涉及电化学氧化技术领域，具体为一种原位生长MOF@Ti<subgt;4</subgt;O<subgt;7</subgt;复合电极的制备方法。所述电极由Ti<subgt;4</subgt;O<subgt;7</subgt;粉末、硼酸、金属有机骨架MOF，经高温高压刻蚀后，先与金属盐搅拌混合，再与有机配体反应得到负载原位生长MOF的Ti<subgt;4</subgt;O<subgt;7</subgt;粉末，烘干后，采用放电等离子烧结技术制备而成。本发明专利技术制备的原位生长MOF@Ti<subgt;4</subgt;O<subgt;7</subgt;复合电极，可制得硼、氮、碳多元素共掺杂的Ti<subgt;4</subgt;O<subgt;7</subgt;电极，有利于提高电极导电性，增强电子转移速率，同时Ti<subgt;4</subgt;O<subgt;7</subgt;上负载原位生长MOF纳米颗粒，经过高温烧结后，产生更多活性位点，大幅改善提升了Ti<subgt;4</subgt;O<subgt;7</subgt;的电化学氧化性能。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电化学氧化，具体为一种原位生长mof@ti4o7复合电极的制备方法。

技术介绍

1、近年来，由于工业、农业和畜牧业的迅速发展，大量工业废水、农业肥料浇灌、畜牧粪便、养殖畜牧场的含氨臭气经过喷淋塔饱和吸收后等废水未经处理或处理不完全就排入自然水体中，引起水体富营养化、黑臭等现象。

2、传统的生物法、吸附法对氨氮的降解具有局限性，生物法不仅需要加碳源，而且温度对处理效果影响比较大；吸附法则需要再次解吸，去除效率不高、活性炭吸附剂易发霉失活等。电化学氧化技术由于操作简便、处理效率高、可自动化操作等优点，在降解氨氮废水中具有良好的应用前景。ti4o7(亚氧化钛)是一种新型环保陶瓷膜电极材料，具有高导电性、高化学稳定性、高耐腐蚀性、高析氧电位等优点，被认为是电化学高级氧化技术中最有前途的阳极材料之一。但纯ti4o7电极对污染物的电化学氧化能力并不高，其电荷转移速率及电极活性位点仍有较大的提升空间。

3、专利cn202210939905.x采用将mof与ti4o7物理混合改性的提升效果不明显，在物理混合过程中存在mof颗粒团聚及低效负载的问题。

4、因此，我们提出一种原位生长mof@ti4o7复合电极的制备方法，以改善ti4o7电极的催化活性。

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于提供一种原位生长mof@ti4o7复合电极的制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：

<p>3、一种原位生长mof@ti4o7复合电极的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤s1：硼酸刻蚀ti4o7粉末的制备：

5、将ti4o7粉末、硼酸粉末和去离子水混合均匀，倒入聚四氟乙烯内衬高压反应釜中，加热至150～160℃，反应5～6h；冷却至室温，经洗涤、抽滤、干燥后，制得硼酸刻蚀ti4o7粉末；

6、步骤s2：原位生长mof@ti4o7粉末的制备：

7、将步骤s1制得的硼酸刻蚀ti4o7粉末和锌盐、甲醇混合，超声分散2～3h，加入2-甲基咪唑和甲醇的混合溶液，搅拌混合，静置反应后，经过滤、洗涤、抽滤、干燥后，制得原位生长mof@ti4o7粉末；

8、步骤s3：原位生长mof@ti4o7复合电极的制备：

9、将步骤s2制得的原位生长mof@ti4o7粉末在真空、高温下进行烧结，制得mof@ti4o7复合电极。

10、进一步的，所述步骤s1中ti4o7粉末的粒径为0.2～10μm，

11、进一步的，所述步骤s1中ti4o7粉末和硼酸粉末的质量比为1：(1.0～1.2)。

12、进一步的，所述步骤s1中去离子水的质量为ti4o7粉末质量的20～24倍。

13、进一步的，所述步骤s2中搅拌混合时间为10～15min。

14、进一步的，所述步骤s2中静置反应时间为1～2h。

15、进一步的，所述步骤s2中干燥温度为50～70℃，干燥时间为12～18h。

16、进一步的，所述步骤s2中硼酸刻蚀ti4o7粉末、锌盐、2-甲基咪唑和甲醇的质量比为(20～60)：(3～10)：(7～15)：250。

17、进一步的，所述步骤s2中锌盐为醋酸锌、六水合硝酸锌中的一种。

18、进一步的，所述步骤s3中烧结工艺条件为：烧结升温速率50～70℃/min，烧结温度1100～1200℃，烧结压力2～4mpa，烧结时间20～40min。

19、在上述技术方案中，选择较小的ti4o7粉末粒径能够为mof的原位生长提供更多的固载位点，通过硼酸刻蚀能够为mof在ti4o7上的原位生长提供更多的锚定位点，提高负载率，同时硼掺杂也有助于提升ti4o7电极的导电率。通过硼酸刻蚀ti4o7和锌盐的预先混合，有利于金属离子在ti4o7上的有效锚定，提高mof在ti4o7上的固载率，使得mof颗粒在ti4o7上分散得更均匀，同时获得两者间具有强化学结合力的mof@ti4o7粉末，有助于电化学运行过程中电极稳定性的提升；经过放电等离子高温烧结处理，可实现金属锌元素的挥发去除，避免了电化学运行过程中可能存在的金属溶出影响电极稳定性的问题，进一步提高电极的稳定性；同时ti4o7上负载的mof衍生氮掺杂碳纳米颗粒的形成，能够提供更多的电化学活性位点并降低电荷转移电阻，从而显著提升电极催化性能。

20、与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：

21、1.本专利技术的一种原位生长mof@ti4o7复合电极的制备方法，通过硼酸刻蚀ti4o7并与mof配位，再与金属盐预先混合的合成步骤设计，有利于mof纳米颗粒在ti4o7上的分散均匀原位生长，经过放电等离子高温烧结处理，最终可制得硼、氮、碳多元素共掺杂的ti4o7电极，可以显著提高电极的电荷转移速率并提供更多电化学活性位点，从而极大增强了电极催化活性及稳定性。

22、2.本专利技术制备的原位生长mof@ti4o7复合电极具有优异的氨氮氧化降解效果，可适用于养殖场、垃圾填埋场、宠物养殖等大型场所的臭气/异味净化处理以及喷淋废水的高效循环处置利用。

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【技术保护点】

1.一种原位生长MOF@Ti4O7复合电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种原位生长MOF@Ti4O7复合电极的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中Ti4O7粉末和硼酸粉末的质量比为1：(1.0～1.2)。

3.根据权利要求1所述的一种原位生长MOF@Ti4O7复合电极的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中去离子水的质量为Ti4O7粉末质量的20～24倍。

4.根据权利要求1所述的一种原位生长MOF@Ti4O7复合电极的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中静置反应时间为1～2h；干燥温度为50～70℃，干燥时间为12～18h。

5.根据权利要求1所述的一种原位生长MOF@Ti4O7复合电极的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中锌盐为醋酸锌、六水合硝酸锌中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种原位生长MOF@Ti4O7复合电极的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中硼酸刻蚀Ti4O7粉末、锌盐、2-甲基咪唑和甲醇的质量比为(20～60)：(3～10)：(7～15)：250。

8.根据权利要求1～7中任意一项所述的一种原位生长MOF@Ti4O7复合电极的制备方法制备的MOF@Ti4O7复合电极。

9.根据权利要求8所述的一种原位生长MOF@Ti4O7复合电极在水中氨氮的高效氧化降解处理中的应用。

10.根据权利要求8所述的一种原位生长MOF@Ti4O7复合电极在养殖场、垃圾填埋场、宠物养殖场的臭气/异味净化中的应用。

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【技术特征摘要】

1.一种原位生长mof@ti4o7复合电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种原位生长mof@ti4o7复合电极的制备方法，其特征在于：所述步骤s1中ti4o7粉末和硼酸粉末的质量比为1：(1.0～1.2)。

3.根据权利要求1所述的一种原位生长mof@ti4o7复合电极的制备方法，其特征在于：所述步骤s1中去离子水的质量为ti4o7粉末质量的20～24倍。

4.根据权利要求1所述的一种原位生长mof@ti4o7复合电极的制备方法，其特征在于：所述步骤s2中静置反应时间为1～2h；干燥温度为50～70℃，干燥时间为12～18h。

5.根据权利要求1所述的一种原位生长mof@ti4o7复合电极的制备方法，其特征在于：所述步骤s2中锌盐为醋酸锌、六水合硝酸锌中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种原位生长...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨草，赖侥鹏，冷文，王剑，吕斯濠，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：

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