[发明专利]一种负载双金属氧化物活性炭纤维复合电极的制备方法与应用

说明书

一种负载双金属氧化物活性炭纤维复合电极的制备方法与应用，涉及电极材料制备技术领域。本发明利用活性炭纤维比表面积大、可活化过硫酸盐和高导电性的优点，将其作为载体，利用PTFE溶液成膜作用将具有高催化活性的CuFe₂O₄以水浴震荡的方式负载到活性炭纤维内部及表面，制备得到新型CuFe₂O₄@ACF复合电极。该方法制备的电极对过硫酸盐的活化效率高，在中性条件下能够很好的降解有机污染物废水。

技术领域

本发明涉及电极材料制备技术领域，具体涉及一种负载双金属氧化物新型活性炭纤维复合电极的制备及该电极在硫酸根自由基高级氧化体系中的应用。

背景技术

硫酸根自由基高级氧化工艺(Sulfate radical advanced oxidationprocesses，SR-AOP)是一种新型的、高效的有机污染物氧化工艺，该技术具有环保无污染且处理效果明显等优势。其中，如何活化过硫酸盐得到硫酸根自由基(SO₄^-·)最为重要，电化学活化因其反应速度快、过硫酸盐利用率高、矿化率高而受到广泛的关注，其核心机制在于溶液中的过硫酸盐在阴极表面得电子，生成具有强氧化性的硫酸根自由基，实现高效硫酸根自由基高级氧化技术催化降解的关键在于提高过硫酸盐的利用率。

目前，有效的过硫酸盐活化方式主要有金属活化、电活化、炭基材料活化，传统的电活化方式主要用铂片等金属电极，不仅活化效率不高，而且像一些活泼金属电极铁片等还会产生二次污染，近年来，炭基材料已经成为了热门的阴极材料，尤其是活性炭纤维(ACF)作为阴极具有比表面积大、价格低廉、无二次污染、可活化过硫酸盐和高导电性等优点。已有研究证实，铁酸铜(CuFe₂O₄)是可以活化过硫酸盐的双金属氧化物，但存在过硫酸盐活化效率低、污染物降解能力差的问题，将CuFe₂O₄负载到阴极上，Fe²⁺和Cu²⁺会活化过硫酸盐生成Fe³⁺和Cu³⁺，而Fe³⁺和Cu³⁺在电场作用下能够得电子被还原成Fe²⁺和Cu²⁺，从而提高电极的重复使用性。聚四氟乙烯(PTFE)水溶液具有成膜作用，可以将CuFe₂O₄这种金属氧化物负载到活性炭纤维上面，也可以减少金属离子的浸出。

本发明利用活性炭纤维比表面积大、导电性强的优势及CuFe₂O₄良好的催化性能，利用聚四氟乙烯水溶液成膜作用以震荡的方式将CuFe₂O₄负载到活性炭纤维上，制备得到一种负载CuFe₂O₄新型活性炭纤维复合电极，利用电活化和金属活化相结合的活化方式，大大提高了过硫酸盐利用率，产生更多的硫酸根自由基来降解有机污染物。

发明内容

本发明目的旨在提供一种有较高过硫酸盐利用率新型负载双金属氧化物CuFe₂O₄活性炭纤维复合电极的制备方法及应用，以产生更多的硫酸根自由基来降解有机污染物。

本发明中用PTFE水溶液和制备好的CuFe₂O₄金属氧化物配置成混合溶液，以活性炭纤维作为基体，采用水浴震荡的方式负载CuFe₂O₄，制备得到的新型CuFe₂O₄活性炭纤维复合电极记为CuFe₂O₄@ACF。

本发明提供的电极制备步骤如下：