[发明专利]一种基于木质素的电芬顿阴极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于木质素的电芬顿阴极材料及其制备方法。该制备方法包括如下步骤：（1）碳基材料预处理；（2）电化学聚合沉积；（3）将得到的导电聚合物单体/木质素共聚阴极材料用去离子水清洗，室温下自然风干，得到所述电芬顿阴极材料。本发明制备的电芬顿阴极材料相较于传统化学修饰方法，减少了有毒试剂的使用及繁琐的处理，实现电极修饰一步到位，制备成本低，易于实现电极制作的产业化，修饰后的电极用于电芬顿体系，促进电子传递及双电子的氧还原过程，显著地提升了过氧化氢的产量，进一步提升污染物的脱色降解矿化程度。

技术领域

本发明涉及电芬顿阴极材料领域，具体是一种基于木质素的电芬顿阴极材料及其制备方法。

背景技术

电芬顿法（Electro-Fenton）的研究始于20世纪80年代，是近年来在水处理技术中发展起来的一种基于芬顿化学反应的电化学高级氧化技术。电芬顿技术不同于普通芬顿技术的直接加入Fe²⁺和H₂O₂，电芬顿技术中的Fe²⁺或H₂O₂是通过电解反应直接原位产生的，反应生成的Fe²⁺和H₂O₂立即发生催化反应产生羟基自由基(.OH）降解有机污染物。目前，工程中用到的石墨、网状玻璃炭、汞、活性炭毡和活性碳纤维等因其具有良好的稳定性、高的导电性以及高比表面，被广泛用作阴极基材，但其电流效率不高且H₂O₂产率低。因此，寻求高H₂O₂产率且高电化学活性阴极是目前需要考察的一个重要方向。针对阴极电极性能的提高，研究者们做出了大量工作，电极的选型主要分为三大类，一是使用复合电极材料，如使用Co₃O₄-石墨复合材料，通过乙炔黑-PTFE复合阴极，增加电化学活性位点的同时大幅度提高H₂O₂的产率；二是掺杂Fe元素的电极，如掺Fe₃O₄、Fe₂O₃的活性炭胶体阴极、负载Fe、Fe₂O₃的活性炭纤维阴极以及掺α-FeOOH/CNT阴极材料，Fe元素作为电芬顿反应的主要反应物之一，将其掺杂到阴极电极板有利于羟基自由基的原位产生，提升电芬顿体系效率；三是修饰改性的阴极材料，如利用酸处理、碱活化等方式增加基体电极材料表面的含氧基团。但是这些方法大多处理成本较高，工艺步骤较为复杂，大大提高了电极的制作成本。因此，开发一种高效，低成本的阴极材料应用于电芬顿体系降解脱色矿化污染物具有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有电芬顿反应中过氧化氢产量低以及有机污染物降解矿化速率低的不足，提供一种基于木质素的电芬顿阴极材料及其制备方法。

本发明通过电化学方法在碳基电极上电沉积导电聚合物单体/木质素复合膜，制备得到一种新型电极，该制备方法相较于传统化学，更加环保、快捷、成本低，易于实现产业化。

本发明的另一目的是将导电聚合物单体/木质素共聚阴极材料应用于电芬顿体系中，所得电极具有更多的电化学氧化活性位点，加速电极表面的电化学过程，能显著提高材料在电芬顿体系中的催化能力。

本发明实现目的所采用的技术方案如下。

一种基于木质素的电芬顿阴极材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）碳基材料预处理：将碳基浸没入10wt% H₂O₂中，90℃条件水浴加热3h，而后用去离子水冲洗2~3次；再用去离子水在90℃的条件下水浴加热2h，期间每隔1h更换一次去离子水并且重复冲洗的步骤；将碳基材料取出，烘干，备用；