[发明专利]用于生产过氧化氢的带防水膜的乙炔黑阴极及其制作方法

说明书

所属技术领域

本发明属于用电化学方法制备无机化合物领域。本发明涉及一种用于生产过氧化氢的带防水膜的乙炔黑阴极及其制作方法。

背景技术

过氧化氢是一种强氧化剂。过氧化氢与亚铁离子的混合物被称为芬顿试剂。在芬顿体系中，过氧化氢在亚铁离子的催化下，分解成氢氧根和氧化能力更强的羟基自由基。羟基自由基可将污水中的有机物直接氧化为二氧化碳、水和无机盐。在基于芬顿反应的电-芬顿废水处理系统中，过氧化氢在阴极的表面上通过溶解氧的还原被连续地产生，电化学产生过氧化氢的阴极是系统的关键部件。目前，主要由石墨、网状玻璃炭、活性炭纤维等材料作催化剂制作用于产生过氧化氢的阴极，但阴极的电催化活性、电流效率和使用寿命等均有待提高。

发明内容

本发明涉及一种用于生产过氧化氢的带防水膜的乙炔黑阴极及其制作方法。本发明的乙炔黑阴极具有结构简单，制作方便，比现有的石墨、网状玻璃炭、活性炭纤维等材料作催化剂制作的阴极电催化活性高3～4倍，电流效率大于95％，使用寿命长，不污染环境和更具有价格优势的特点。

本发明制作乙炔黑阴极的工艺过程由制备乙炔黑催化层、制备金属集流网、把乙炔黑催化层和金属集流网压制成阴极前驱体、第一次煅烧、在经过第一次煅烧的阴极前躯体的表面上包覆聚四氟乙烯膜和第二次煅烧等6个步骤组成。方法是：把乙炔黑在去离子水中煮沸1小时，取出后在100～110℃下烘干，加入无水乙醇(乙炔黑与无水乙醇的质量比为3/14)，混匀，加入浓度为60％的聚四氟乙烯乳液(乙炔黑与聚四氟乙烯的质量比为1∶1～1∶2)，混匀，在60～80℃下不断搅拌，直至变为膏状混合物，将膏状混合物压成厚度约1毫米的乙炔黑催化层。把60～100目的金属网在丙酮中浸泡2小时，取出后用去离子水冲洗干净，晾干后便得到金属集流网。把一层金属集流网夹在两层乙炔黑催化层中间，在15MPa下将其压合在一起，便得到阴极前驱体。对阴极前躯体进行第一次煅烧，温度300～350℃，时间1小时。把经过第一次煅烧的阴极前躯体放入无水乙醇中浸泡1小时，取出后再放入60％的聚四氟乙烯乳液中浸泡20分钟，在阴极前驱体的表面上包覆一层聚四氟乙烯膜。对包覆聚四氟乙烯膜的阴极前驱体进行第二次煅烧，温度300～350℃，时间1小时，便制成了带有防水膜的乙炔黑阴极。

本发明的有益效果是：当将该乙炔黑阴极用于电化学生产过氧化氢时，具有催化活性高、电流效率高和使用寿命长等优点，当将该乙炔黑阴极用于处理难生物降解的有机废水时，具有耐污染、能耗低和污染物去除率高等优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是乙炔黑阴极的主视图。

图2是图1的I--I剖面图。

图3是本发明的乙炔黑阴极用于生产过氧化氢的实施例。

图4是本发明的乙炔黑阴极用于处理有机废水的实施例。

图中1.电极夹，2.乙炔黑催化层，3.金属集流网，4.电源，5.电解槽，6.乙炔黑阴极，7.供气管，8.气体扩散器，9.过氧化氢水溶液，10.惰性阳极，11.导线，12.有机废水，13.铁阳极。

具体实施方式

在图1和图2中，乙炔黑催化层(2)与金属集流网(3)紧密接触构成了乙炔黑阴极，为了提高乙炔黑阴极的刚度，避免在使用时发生摆动，将乙炔黑阴极卡在由绝缘材料制成的电极夹(1)中。

在图3所示的实施例中，电源(4)、电解槽(5)、乙炔黑阴极(6)、供气管(7)、气体扩散器(8)、惰性阳极(10)和导线(11)构成了生产过氧化氢水溶液(9)的电化学系统。在通电并给阴极供给空气时，过氧化氢在乙炔黑阴极上高效率地产生。

在图4所示的实施例中，电源(4)、电解槽(5)、乙炔黑阴极(6)、供气管(7)、气体扩散器(8)、铁阳极(13)和导线(11)构成了处理难生物降解有机废水(12)的电化学系统。在通电并给阴极供给空气时，难生物降解的有机废水可被迅速地降解。