[发明专利]一种三维有序大孔Fe2O3/碳气凝胶电极的制备方法及其应用

摘要

本发明涉及一种在中性条件下三维有序大孔Fe₂O₃/碳气凝胶(CA)电极的制备方法及其应用。在CA电极表面上，通过垂直浸渍、溶剂蒸发和模板煅烧的方法在CA电极表面沉积三维有序大孔的Fe₂O₃即得到3DOM‑Fe₂O₃/CA电极。该电极可用于电芬顿阴极快速降解废水中难生物降解的污染物。与现有技术相比，本发明选用了具有高比面积、高电导率、高吸附容量的碳气凝胶作为基底，同时在CA上负载了三维有序大孔Fe₂O₃，既具有了吸收太阳能的光催化性能，同时兼备良好的电芬顿催化活性，将电芬顿与光催化技术联合使用，提高了电芬顿活性的同时也降低了能耗。本工艺实施简便、成本低廉，是一种高效、节能的新技术，在实际应用方面具有广泛的经济和社会效益。

主权项

一种三维有序大孔Fe₂O₃/碳气凝胶电极的制备方法，其特征在于，在碳气凝胶(CA)基底上沉积三维有序的聚苯乙烯微球，并在聚苯乙烯微球的空隙中填入Fe₂O₃的前驱溶液，待溶剂挥发后干燥及煅烧得到具有光催化效率和电芬顿催化活性高的Fe₂O₃/碳气凝胶电极，具体步骤如下：(1)将间苯二酚、甲醛、碳酸钠和水按照1：2：100：14.3的摩尔比混合均匀，倒入玻璃模具中，然后放入密闭容器中，静置反应，取出所得到酚醛树脂气凝胶，再用表面张力小于30mN/m的有机试剂进行溶剂置换，时间为5‑7天，每隔1‑2天更换一次丙酮；将经过有机溶剂置换后的酚醛树脂气凝胶放置于室温下进行干燥，室温干燥时间为5‑7天，然后在管式炉中控制程序升温，以1.5‑3.5℃/min的速度升温到800‑950℃并保持在该温度下反应3‑5h，再以1.5‑3.5℃/min的速度冷却至室温，得到块状碳气凝胶；(2)将直径为500 nm，浓度为2.5% W/V的单分散聚苯乙烯微球乳液用蒸馏水配制成浓度为1% W/V，再将步骤(1)制备得到的块状碳气凝胶浸渍到配制好的单分散聚苯乙烯微球乳液中，再将其置于30‑60℃烘箱中静置10‑15h，待溶剂挥发完全后得到PS/CA；(3)将硝酸铁九水合物溶于乙醇得到0.5‑1 mol·L^‑1混合溶液，将步骤(2)得到的PS/CA浸渍到上述溶液中，室温下静置使乙醇挥发，然后置于管式炉中，N₂气氛下200‑500℃煅烧1~4h，升温速率0.5~2.5℃/min，将PS模板去除得到三维有序大孔Fe₂O₃/CA。