[发明专利]一种2-乙基蒽醌改性气体扩散电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及适用于降解有机废水中的气体扩散电极及其制备方 法，尤其涉及一种2-乙基蒽醌改性气体扩散电极及其制备方法，可 用于降解废水。

背景技术

随着工业废水的种类和排放量日益增多，传统方法难以达到一系 列有机废水降解的要求，高级氧化技术成为研究的热点。高级氧化技 术包括：湿式空气氧化法、超临界水氧化法、光化学及光催化氧化法、 声化学氧化法、电化学氧化法、Fenton氧化法。目前，一种电化学 氧化和Fenton氧化结合的高级氧化法成为研究有机废水降解的首选 方法，因为相较于其他的技术，这样的结合拥有处理效率高、操作简 便、环境兼容等优点。这种电Fenton氧化法主要是通过生成一种强 氧化剂羟基自由基(·OH)降解废水中的有机污染物，因此·OH的 生成量直接决定了对难降解有机污染物的氧化程度。Fenton法产 生·OH的电解化学反应式为：(酸性条件下)Fe²⁺+H₂O₂+H⁺→Fe³⁺+·OH+H₂O，(碱性条件下)Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+·OH+OH^-。电化 学氧化法产生·OH的电解化学反应式为：MOx[]+H₂O→MOx [·OH]+H⁺+e^-(MOx[]为阳极氧化物分子空穴)。为了进一步提高·OH 的生成量，将气体扩散电极运用在电Fenton氧化法降解有机废水中， 取代普通的石墨电极。利用氧气在气体扩散电极上发生气液固三相电 极反应，通过2电子进程被还原生成过氧化氢，化学反应式为：(酸 性条件下)O₂+2H⁺+2e^-→H₂O₂，(碱性条件下)O₂+H₂O+2e^-→ HO₂^-+OH^-，HO₂^-+H₂O→H₂O₂+OH^-，大大促进Fenton反应生 成·OH的能力，且过氧化氢自身对有机污染物也有一定的氧化能力。 气体扩散电极是由催化层、扩散层，集流体三部分组成，当氧气通过 扩散层来到催化层将会与通过催化层的电解液在催化层的作用下发 生气液固三相电极反应。从理论上讲，体系中生成过量的·OH能够 使有机物彻底氧化降解，完全矿化为二氧化碳和水，不会造成对环境 的二次污染。目前对工业上采用的Fenton氧化法和电化学氧化法降 解有机废水存在着以下问题：

1)过氧化氢的运输、存贮问题。目前工业上降解废水是将过氧化 氢和亚铁盐直接投加到废水体系当中，发生Fenton反应生成羟基自 由基，进一步氧化有机物。但由于过氧化氢较强的氧化性，其的运输、 存贮等问题很大程度上提高了成本。并且长期存贮的过氧化氢反应活 性受到影响，不如现场即时生成的过氧化氢反应活性高。

2)降解的效率问题。由于降解有机污染物的关键在于生成充足的 羟基自由基，而单靠电化学体系中的阳极氧化补充生成羟基自由基的 量是远远不够的。阳极氧化中生成羟基自由基的效率很低，浓度也非 常低，不能彻底使有机物矿化为二氧化碳和水，还留有中间产物。

发明内容

本发明的主要目的是针对上述问题，提出一种简易高效的适用于 降解有机废水的2-乙基蒽醌改性气体扩散电极及其制备方法。

本发明所提供的2-乙基蒽醌改性气体扩散电极由气体扩散层和 催化层组成(见图2)，所述的气体扩散层(由1和2组成)为疏水 性碳布(1)及涂覆在疏水性碳布上的石墨化Vulcan 72炭黑和聚四 氟乙烯的共混物(2)，其中，石墨化Vulcan 72炭黑与聚四氟乙烯的 质量比为1.5～4∶1，疏水性碳布还起到集流体和支撑体的作用；所 述的催化层(3)为涂覆到扩散层共混物(2)上的2-乙基蒽醌、Vulcan 72炭黑和聚四氟乙烯共混物(3)，Vulcan 72炭黑与聚四氟乙烯的 质量比为1.5～4∶1，2-乙基蒽醌的质量相对于Vulcan 72炭黑和聚 四氟乙烯总质量的比为10～40％。