[发明专利]一种原生凤眼莲生物质碳多孔电极材料的制备方法和应用

说明书

本发明属于具有多孔结构的原生凤眼莲生物质碳材料的制备及应用技术领域，具体公开了一种新型电极材料的制备方法及其在电芬顿体系中作为阴极降解内分泌干扰物的应用。本发明以凤眼莲生物质粉末为前驱体，按不同比例添加氯化锌粉末进行活化，在惰性气体保护下高温煅烧制得的新型生物质碳材料，最终制成多孔电极作为阴极材料应用于E‑Fenton降解内分泌干扰物。该材料具有较好的导电性，较大的比表面积，能作为一种新型的电极材料，尤其在电芬顿实验中展示出了良好的降解效果。

技术领域

本发明涉及具有丰富孔道结构的生物质碳材料的活化制备及应用技术领域，具体涉及一种新型凤眼莲生物质氯化锌活化碳材料电极的制备方法及其作为阴极材料应用于E-Fenton反应降解内分泌干扰物的应用。

背景技术

凤眼莲(又名凤眼蓝、水葫芦)，20世纪80年代从南美作为禽畜饲料引入中国，以解决食物短缺问题。然而近年来，凤眼莲逐渐被高营养值的商用饲料所取代。大量的凤眼莲植株闲置于江河、湖泊等水体中。由于属于外来引入植物，没有天敌外加水体富营养化严重，造成凤眼莲的疯狂生长，泛滥成灾。成片的凤眼莲在水体中阻塞河道影响船只航行。死亡的凤眼莲腐败凋零后更是造成水体的进一步污染。凤眼莲现已被列入世界百大外来入侵物种、十大害草之一。在中国南部，超过17个省份受到凤眼莲不同程度的污染，造成了巨大的经济和社会损失。如何处理从水体中打捞出来的大量凤眼莲植株将是一项重要的研究课题。凤眼莲在水体中生长繁殖能力极强，其中一个主要原因是其植物体具有丰富的原生孔道结构，使其拥有无可比拟的营养物质传输能力。若将其原生结构应用于多孔电极的制备，则可以获得相应的孔道结构丰富的生物质碳电极。

氯化锌活化剂，是一种路易斯酸，其能通过丰富材料的孔道分布密度以及增大孔径的方式来对碳材料进行活化。ZnCl₂盐和生物质材料混合后在高温的情况下(280-730℃)，通过动态腈三聚(DNT)体系对生物质进行活化。高温熔盐下的氯化锌通过三聚作用可在材料中形成结构种类丰富的硬单体。同时氯化锌可作为纤维质材料的脱水剂，在去除了材料中的水分子后促进碳骨架双键的形成和环化形成新的孔道。再有，高温条件下碳材料通过还原锌化合物的方式来扩大原有孔道。活化后的碳材料具有高比表面积，丰富的孔道结构，强大的吸附能力以及良好的电学性质，最终应用于吸附材料、超级电容器等领域。

E-Fenton反应是一种高级氧化技术，主要是通过将电解质中的溶解O₂在酸性条件下产生两电子还原反应产生H₂O₂，在铁的催化作用下进一步转化为强氧化性活性物种·OH，能十分高效地处理有机废水，具体的反应机制如下所示：

O₂+2H⁺+2e-→H₂O₂ (1)

Fe²⁺+H₂O₂+H+→Fe³⁺+H₂O+·OH (2)

·OH+RH→R·+H₂O (3)