[发明专利]一种金团簇-碳纳米管电催化薄膜的制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种金团簇‑碳纳米管电催化薄膜的制备方法和其在连续流电芬顿体系中处理有机污染物中的应用。制备方法为：将氯金酸溶液溶于超纯水中，然后加入巯基己酸溶液搅拌均匀；依次加入氢氧化钠溶液、硼氢化钠溶液并充分搅拌；将多壁CNT溶于混合溶液中分散；将得到的分散液真空抽滤至PTFE支撑膜上，最终制得金团簇‑碳纳米管电催化薄膜。在外加电压下，原位生成的H₂O₂可与AuNCs中的Au⁰发生Fenton反应，催化产生HO·，实现在过膜过程水体中有机污染物的高效去除。

技术领域

本发明具体涉及一种金团簇-碳纳米管电催化薄膜的制备方法和应用，属于水处理技术领域。

背景技术

利用铁盐(Fe²⁺)与额外投加过氧化氢(H₂O₂)的方式去诱导Fenton反应，生成具有高反应活性的羟基自由基(·OH)，这一传统工艺已经被广泛应用于废水治理。然而，该技术虽然简单且成熟，但存在pH应用范围窄、催化剂反应活性易失活、含铁污泥堆积、H₂O₂运输和使用风险大等缺点。因此，近年来，非均相电Fenton技术受到了国内外研究人员的关注。Fenton催化剂可以被负载在不同的衬底上，有效防止铁的泄露，其次，可以利用氧气在阴极发生还原反应，从而原位生成H₂O₂。不幸的是，这一工艺仍然存在一些限制，例如所需的能耗较高，生成的H₂O₂过多以至引发一些副反应的发生。因此，发展稳定且有效的非均相电Fenton技术去应用于环境修复极为迫切。

近期，研究报道了各种无铁类芬顿非均相催化反应的合理设计，这很大程度上减少了铁泥的产生，在这些无铁类催化剂中，负载型纳米级金(Au)催化剂受到研究者们的广泛关注。此外，研究发现Au颗粒的催化性能受颗粒尺寸的影响。同时，随着技术的进步，合成不同金颗粒尺寸的方式已经得到快速发展。研究表明，当Au颗粒尺寸减小至2nm以下，颗粒的物理化学性质可以得到明显改变，并且可以形成一种独特的纳米材料，这些通常被称为Au纳米团簇(AuNCs)。AuNCs通常包含数个或几十个金原子，并由特定的有机配体如硫醇盐和蛋白质来稳定保护。这一发展为探索Au类芬顿反应创造了极大的机会，并且也将提供新的视野去研究Au芬顿过程。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有Fenton氧化法处理有机污染物条件苛刻的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种金团簇-碳纳米管电催化薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)：将氯金酸溶液溶于超纯水中，然后将巯基己酸溶液加入到上述混合溶液中并搅拌均匀；

步骤2)：向步骤1)得到的混合溶液依次加入氢氧化钠溶液、硼氢化钠溶液并充分搅拌；

步骤3)：将多壁CNT溶于步骤2)得到的混合溶液中分散；

步骤4)：将步骤3)得到的分散液真空抽滤至PTFE支撑膜上，最终制得金团簇-碳纳米管电催化薄膜。

优选地，所述步骤1)中氯金酸的浓度为20mmol/L；氯金酸溶液与超纯水的体积比为1:9.4；巯基己酸的浓度为5mmol/L。

优选地，所述步骤2)中氢氧化钠的浓度为1mol/L；硼氢化钠的浓度为0.1mol/L；搅拌时间为3h。

优选地，所述步骤3)中多壁CNT与混合溶液的比例为(15～20)mg：(20～30)mL；分散采用超声分散，超声功率为50～200W，超声时间40～60min。

本发明还提供了一种上述金团簇-碳纳米管电催化薄膜的制备方法制得的金团簇-碳纳米管电催化薄膜在连续流电芬顿体系中处理有机污染物中的应用。