[发明专利]2-乙基蒽醌/活性炭-膨胀石墨复合电极、其制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合电极、其制备方法及应用。

背景技术

随着全球工业的迅猛发展，水污染问题也越来越严重，特别是像化工、染料、制药等废水由于高浓度，高毒性，难降解等原因，治理耗费资金多、难度大。近年来，采用电化学法处理高浓度有机废水倍受关注。电催化高级氧化技术（AEOP）能在常温常压下，通过有催化活性的电极反应直接或者间接产生自由基，从而有效降解难生化处理的有机污染物，克服了高级氧化技术中需要投加氧化剂的缺陷。利用氧气在阴极还原产生过氧化氢及相关自由基来降解有机污染物是研究热点之一。H₂O₂是一种强氧化剂，能够氧化废水中的有机污染物，它的反应产物是水和氧气，不会产生二次污染。此外，由过氧化氢反应生成的羟基自由基具有极强的氧化性，可以将水中的有机污染物直接氧化成二氧化碳和水，氧化快速彻底，无二次污染，处理效率高，操作简便，因此利用阳极直接氧化和和阴极反应产物间接降解有机污染物相结合的电化学技术成为处理有机废水最有前景的方法。限制电化学技术应用的主要原因是电极效率偏低和能耗较高。

目前，过氧化氢发生工艺常用的阴极材料有石墨电极、玻璃碳电极、活性炭纤维电极、过渡金属电极和气体扩散电极等，其中以活性炭粉磨为导电材料的气体扩散电极是研究较多的阴极材料。在以碳材料为基材的基础上，许多学者采用在电极中添加催化剂的方式来提高电极的效率。常用的催化剂有醌类物质、贵金属、金属大环配合物等。在化工行业中，蒽醌作为过氧化氢生产的重要催化剂，早已应用于催化加氢法生产过氧化氢的工艺之中，醌类修饰电极的电催化氧还原活性研究证明，当醌类化合物通过吸附、掺杂共价键吸附、聚合的方法修饰到电极表面时，可以明显提高电极表面氧的2电子还原速率,其中研究最多的是蒽醌及其衍生物；在对贵重金属的电催化氧还原性质的研究中，铂(Pt)和钯（Pd）表现出较好的电催化氧还原的活性，但贵金属催化剂存在易中毒，价格昂贵的缺点；过渡金属大环配合物具有在相同的配体的中心可引入各种金属离子的特性，并且能够牢固地吸附在碳电极表面，金属大环配合物中研究较多的是酞菁和卟啉化合物，这类化合物的催化活性取决于它们的结构，金属大环配合物虽然是比较理想的氧还原催化剂，但其催化活性不稳定，制备过程复杂。通过在活性炭中添加导电催化剂，如炭黑、乙炔黑、膨胀石墨等，可以提高气体扩散电极的导电性，降低电压，提高电流效率，从而减少废水处理中的能源消耗。

发明内容

本发明是要解决含有机污染物废水降解用氧还原阴极导电性差以及有机污染物降解效率不高的问题。因此本发明通过在活性炭上负载2-乙基蒽醌并复合具有良好导电性和吸附性的膨胀石墨来提高电极的催化活性，力求得到一种制备方法简单、催化活性好、性能稳定、有机物去除率高的电化学反应阴极材料。

本发明2-乙基蒽醌/活性炭-膨胀石墨复合电极由2-乙基蒽醌改性的活性炭、膨胀石墨、聚四氟乙烯和不锈钢网组成；所述的2-乙基蒽醌改性的活性炭与膨胀石墨的质量比为(2～8):1；所述的膨胀石墨与聚四氟乙烯的质量比为1:(6～18)。

上述2-乙基蒽醌/活性炭-膨胀石墨复合电极的制备方法，按以下步骤进行：

一、不锈钢网的预处理：将Na₃PO₄、NaOH和Na₂CO₃混合后，加入蒸馏水搅拌至完全溶解，得到碱液，将不锈钢网放入碱液中，在温度为80℃～90℃的条件下煮0.5h～1h，取出后用蒸馏水进行冲洗，冲洗至洗涤液的pH值呈中性，然后将冲洗后的不锈钢网放入浓度为0.05mol/L～0.2mol/L的盐酸溶液中浸泡0.5h～1h，取出后，用蒸馏水进行冲洗，冲洗至洗涤液的pH值呈中性，然后自然晾干，即得到预处理后的不锈钢网；所述的NaOH与Na₃PO₄的质量比为1:(1～1.5)；所述的NaOH与Na₂CO₃的质量比为1:(1～1.5)；所述的NaOH的质量与蒸馏水的体积比为1g:(0.03～0.06)L；