[发明专利]一种亚铁氰化铋/异质碳复合电极的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种亚铁氰化铋/异质碳复合电极的制备方法及其应用，是采用电泳法将预处理后的石墨烯和纳米碳管交替沉积在碳纤维上，形成导电大比表面积的异质碳载体电极，然后进行胺基化反应，以固定该电极的微观空间结构，最后采用电化学法制备亚铁氰化铋/异质碳复合电极。本发明复合电极置于染料废水中，通入空气，经紫外光协同电催化作用，能够快速降解染料废水。

技术领域

本发明涉及一种亚铁氰化铋/异质碳复合电极的制备方法及其应用。在含盐染料有机废水中，通入空气，经紫外光协同电催化作用，该电极不仅可快速催化水中溶解氧生成过氧化氢，而且可同步催化过氧化氢生成羟基自由基，使染料废水快速降解。

背景技术

导电碳纤维因价廉易得，具有优良的物理化学稳定性及可操作性等特性，被用于均相Fenton法降解有机污染物的阴极材料(于萍等，申请号：201110185193.9；蔡巧兰等，申请号：201510185933.7；孙亚兵等，201510891770.4)。为提高反应效率，研究者还建立了紫外光协同电Fenton体系(刘拴等，201510779531.X)；通过促进Fenton反应中Fe²⁺/Fe³⁺的转化和H₂O₂的生成，提高.OH的生成率；通过有色有机染料的敏化作用，促进其降解。此类均相Fenton法虽工艺简单，但存在下列问题：1)碳纤维表面化学惰性，还原电位较高，能耗相对较大；2)需在体系中加入Fe²⁺作为均相催化剂(或用铁棒作为阳极电解产生Fe²⁺)；3)需在酸性较强的条件下进行Fenton反应(避免氢氧化铁沉淀生成)。

相对于上述均相Fenton法，非均相Fenton法直接将铁基复合材料用作阴极，无需加入大量的Fe²⁺，可在弱酸性溶液中进行，优势明显；但由于反应在电极界面进行，为异相反应，反应效率相对较低。因此，高效实施非均相Fenton法的关键在于发展大比表面积、高催化活性的阴极材料。现有的泡沫镍/FeOOH/活性炭粉/聚四氟乙烯复合物(陈野等，申请号：201110325181.1)、碳载纳米氧化铁复合物(孙敏等，申请号：20141016092.5)、分子印迹铁-碳气凝胶复合物(王卿宁，申请号：201710670687.3)等阴极材料虽各具优势，但仍然存在较大的发展空间。若对导电碳纤维进行功能化处理，使其同步兼具催化溶解氧生成H₂O₂和H₂O₂生成.OH的性能，将有望提高异相Fenton法的效率。

发明内容

本发明针对现有Fenton法的不足，旨在提供一种亚铁氰化铋/异质碳复合电极的制备方法及其应用。

本发明采用电泳法，将预处理后的石墨烯和纳米碳管交替沉积在碳纤维上，形成导电大比表面积的异质碳载体电极，将其胺基化处理后，采用电化学法制备亚铁氰化铋/异质碳复合电极。本发明复合电极置于染料废水中，通入空气，经紫外光协同电催化作用，能够快速降解染料废水。

本发明亚铁氰化铋/异质碳复合电极的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：石墨烯和纳米碳管预处理

将石墨烯、纳米碳管分别与65wt％的浓硝酸按照质量比1：100的比例混合，常温下搅拌浸渍处理7小时，以消除表面杂质，洗涤并干燥后将预处理石墨烯和预处理纳米碳管分别置于分散溶剂中，获得石墨烯悬浮液以及纳米碳管悬浮液，待用。

步骤1中，所述分散溶剂为无水乙醇、丙酮、乙腈、聚羧酸、N,N-二甲基甲酰胺、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇中的一种或两种；

步骤1中，石墨烯的质量和分散溶剂的体积比为1mg：200～2000mL；纳米碳管的质量和分散溶剂的体积比为1mg：200～2000mL。

步骤2：异质碳载体复合电极的制备