[发明专利]一种脂改性微疏水电催化材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种脂改性微疏水电催化材料及其制备方法和应用，①制备金属复合活性炭和/或生物炭，无氧焙烧后研磨备用，记为M‑AC；同时将活性炭和/或生物炭研磨备用，记为AC;②将AC和M‑AC分别置于酸溶液中，超声分散，洗涤至中性，烘干后记为AC‑COOH和M‑AC‑COOH；或将AC和M‑AC分别置于Hsubgt;2/subgt;Osubgt;2/subgt;中，搅拌后洗涤至中性，烘干后记为AC‑OH和M‑AC‑OH;③取甘油酯类有机物溶解于有机溶剂中记为溶液I，在水浴条件下取低级胺类有机溶液逐滴加入溶液I中并搅拌后用去离子水洗涤材料，烘干，记为GT;④将上述制备原料按照配比加入于乙醇中，反应后，干燥得到仿生脂溶柔性电极催化材料。本发明的脂改性微疏水电催化材料兼具活性炭和金属离子的优异催化性能，可应用于各类电化学反应处理废水中。

技术领域

本发明属于电催化材料领域，具体涉及一种脂改性微疏水电催化材料及其制备方法和应用。

背景技术

如今，随着经济和人口的持续增长，全球能源消耗和需求急剧增加，为了减少化石燃料的逐渐耗竭和伴随而来的气候问题，新能源的开发和利用迫在眉睫。其中，微生物燃料电池作为一种新能源转换装置，具有环境友好、价格低廉、清洁无二次污染等优点。微生物燃料电池的电极催化材料是决定电池性能与成本的关键因素。目前，最常用且有效的催化剂是贵金属催化剂，但由于其价格昂贵、存储量少，限制了其在工业上的广泛应用。实际环境中持久性有机污染物浓度极低，大部分持久性有机污染物的浓度都为微克级甚至纳克级，同时重金属离子常与持久性有机污染物共存且易络合，严重阻碍了实际环境中持久性有机污染物的降解。因此，开发一种价格低廉、催化活性高的电极材料具有十分重要的意义。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种脂改性微疏水电催化材料及其制备方法和应用，利用金属离子，活性炭，甘油酯类有机物，低级胺类有机物制备成新电极材料，不仅实现了催化活性高，同时所制备出的电极催化材料还可以提高过氧化氢产生率。

技术方案：

本发明公开一种脂改性微疏水电催化材料制备方法，包括以下步骤：

① 采用金属离子原料通过溶胶凝胶法制备金属复合活性炭和/或生物炭，无氧焙烧后研磨备用，记为M-AC；同时将活性炭和/或生物炭研磨备用，记为AC;

② 将AC和M-AC分别置于酸溶液中，超声分散，超声结束后洗涤至中性，烘干后分别记为AC-COOH和M-AC-COOH；或将AC和M-AC分别置于H₂O₂中，搅拌反应后洗涤至中性，烘干后分别记为AC-OH和M-AC-OH;

③ 将甘油酯类有机物溶解于有机溶剂中记为溶液I，在水浴条件下将低级胺类有机溶液逐滴加入溶液I中搅拌后用洗涤材料，于烘箱烘干，记为GT;

④ 按照质量比GT：AC-COOH和/或M-AC-COOH和/或AC-OH和/或M-AC-OH=1:10-20加入于乙醇中，反应后，干燥得到仿生脂溶柔性电极催化材料。

优选的是，所述步骤①的具体制备方法：以金属离子与柠檬酸摩尔比为1:1-2，在水浴温度为60 ℃条件下待溶液成胶后按照金属离子负载量为5%-20%加入活性炭和/或生物炭，混合均匀后，常温陈化12 h后105℃烘干后进行无氧焙烧，焙烧温度为400-600 ℃，焙烧时间为3-6 h。

上述任一方案中优选的是，所述步骤①具体制备方法：以金属离子与柠檬酸摩尔比为1:1，在水浴温度为60 ℃条件下待溶液成胶后按照金属离子负载量为5%加入活性炭和/或生物炭。

上述任一方案中优选的是，所述步骤①具体制备方法：以金属离子与柠檬酸摩尔比为1:1.5，在水浴温度为60 ℃条件下待溶液成胶后按照金属离子负载量为5%加入活性炭和/或生物炭。

上述任一方案中优选的是，所述步骤①具体制备方法：以金属离子与柠檬酸摩尔比为1:2，在水浴温度为60 ℃条件下待溶液成胶后按照金属离子负载量为5%加入活性炭和/或生物炭。