[发明专利]一种基于中空碳纳米纤维的电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于中空碳纳米纤维的电极材料及其制备方法和应用。本发明的基于中空碳纳米纤维的电极材料的组成包括碳纤维网以及负载在碳纤维网上的含铁‑镍纳米颗粒的碳纳米纤维、碳纳米管和碳包覆铁‑镍纳米颗粒，碳纤维网由中空碳纤维构成。本发明的基于中空碳纳米纤维的电极材料的制备方法包括以下步骤：将聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、可溶性铁盐和可溶性镍盐分散在溶剂中制成纺丝原液，再进行静电纺丝纺织成网，再进行碳化。本发明的基于中空碳纳米纤维的电极材料的比表面积大、亲水性强、活性位点多、稳定性良好，且制备工艺简单，制成的阳极轻薄，在电化学法处理废水领域具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种基于中空碳纳米纤维的电极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着科技的进步和电子产品越来越普及，PCB(印制电路板)行业得到了快速发展，而由于PCB在制作过程中不可避免有蚀刻过程，蚀刻过程会产生大量含有高浓度铜离子的酸性蚀刻废液，酸性蚀刻废液的再生和回收是PCB生产行业关注的重要课题。

目前，主要是通过化学回收方法和电化学再生方法进行酸性蚀刻废液的再生和回收。化学回收方法是将一部分蚀刻废液中的Cu⁺氧化成为Cu²⁺后再转化成符合生产要求的酸性蚀刻再生液，而另一部分蚀刻废液则被送到指定工厂进行化学回收CuSO₄或CuO，该方法虽然操作简单，但需要消耗大量的化学原料，且在整个回收过程中会生成大量的废液，对环境的影响较大。电化学再生方法可以回收蚀刻废液中多余的铜，整个工艺流程需要添加的化学药剂少，对环境的污染小，回收产品的价值高，具有更好的应用前景。

电极材料的性能会直接影响电化学再生方法的效果，开发性能更加优异的电极材料是进一步发展电化学再生方法再生和回收酸性蚀刻废液的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于中空碳纳米纤维的电极材料及其制备方法和应用。

本发明所采取的技术方案是：

一种基于中空碳纳米纤维的电极材料，其组成包括碳纤维网以及负载在碳纤维网上的含铁-镍纳米颗粒的碳纳米纤维、碳纳米管和碳包覆铁-镍纳米颗粒；所述碳纤维网由中空碳纤维构成。

优选的，所述含铁-镍纳米颗粒的碳纳米纤维的直径为10nm～25nm。

优选的，所述碳纳米管的直径为10nm～25nm。

优选的，所述碳包覆铁-镍纳米颗粒的粒径为10nm～25nm。

优选的，所述中空碳纤维的直径为90nm～170nm。

上述基于中空碳纳米纤维的电极材料的制备方法包括以下步骤：将聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、可溶性铁盐和可溶性镍盐分散在溶剂中制成纺丝原液，再进行静电纺丝纺织成网，再进行碳化，即得基于中空碳纳米纤维的电极材料。

优选的，所述聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、可溶性铁盐、可溶性镍盐的质量比为1:0.5～1.5:0.5～1.5:0.05～0.35。

优选的，所述纺丝原液的固含量为10％～15％。

优选的，所述聚丙烯腈的数均分子量为150000～200000。

优选的，所述聚乙烯吡咯烷酮的数均分子量为1000000～2000000。

优选的，所述可溶性铁盐为硝酸铁、醋酸铁、乙酰丙酮铁中的至少一种。

优选的，所述可溶性镍盐为醋酸镍、硝酸镍、氯化镍中的至少一种。

优选的，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DEF)中的至少一种。