一種高效產過氧化氫處理有機廢水的碳纖維電極製備方法與流程

2023-06-22 08:06:52

本發明涉及電催化電極材料的技術領域，特別涉及一種高效產過氧化氫處理有機廢水的碳纖維電極製備方法。

背景技術：

過氧化氫(h2o2)的電化學合成，是一種電化學電極還原反應，隨著電化學技術在水處理方面的發展，h2o2的電化學產生也受到廣泛關注。特別是在電芬頓技術中的應用較為廣泛，其基於分子氧(o2)在陰極還原為過氧化氫(h2o2)並與亞鐵離子(fe2+)反應生成具有強氧化性的羥基自由基(·oh)，從而實現汙染物的氧化降解過程。

電芬頓體系中，如何提高h2o2的產率是制約其處理效果的重要因素，而電極材料被認為是高效生產h2o2的關鍵。近年來，碳材料越來越多的被作為產生h2o2的電極備選材料，其中碳纖維材料比表面積大，吸附性強和機械強度好而被廣泛使用。但是，由於碳纖維電極材料電催化生產h2o2的產量不高，制約了其在電芬頓體系中的應用，因此開發一種簡單易行且能夠顯著提高碳纖維電極催化活性及h2o2產量的方法對於其在處理有機廢水技術中的應用推廣具有重要意義。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術的不足,本發明的目的在於提供一種高效產過氧化氫處理有機廢水的碳纖維電極製備方法，通過對碳纖維電極材料進行改性，實現了過氧化氫的高效產生，並且電極材料具有可多次重複使用，使用壽命長的特點。

為了達到上述目的，本發明採用的技術方案是：

一種高效產過氧化氫處理有機廢水的碳纖維電極製備方法，包括以下步驟；

步驟一

稱取碳納米管顆粒和聚四氟乙烯，碳納米管顆粒為0.2g，兩者之間按照質量比1:1～1:10加入去離子水15～30ml中，再加入1～3ml異丙醇，將溶液超聲10～20min混合均勻，得到混合溶液a；

步驟二

將混合溶液a均勻塗刷在清洗去油碳纖維材料的兩面，獲得預處理的碳纖維材料；

步驟三；

將步驟二中得到的預處理的碳纖維材料在溫度為40～80℃的烘箱中放置4～8h，然後置於馬弗爐中300～400℃退火處理1h，即得到所述的碳纖維電極。

所述的碳纖維材料可以高效產生過氧化氫，在電流100maph＝7條件下，3h的h2o2產量高達900mg/l～1050mg/l。

本發明的有益效果是：

製備的碳纖維材料，可以高效產生過氧化氫，在電流100maph＝7條件下，3h的h2o2產量高達900mg/l～1050mg/l；

聚四氟乙烯粘結劑可以穩定電極結構，提高電極的機械強度，增加電極材料的使用壽命；

製備的碳纖維材料表面、內部的孔道結構原位負載碳納米管和聚四氟乙烯顆粒，有利於增大比表面積，增加反應活性位點，能高效處理有機廢水。本方法操作簡單，具有較高的應用價值，易於推廣應用。

附圖說明

圖1為本發明應用前碳纖維材料表面的掃描電鏡圖。

圖2為本發明應用後碳纖維材料表面的掃描電鏡圖。

圖3為本發明應用前後碳纖維材料h2o2的產量。

圖4為本發明應用前碳纖維材料連續運行十次h2o2產量。

圖5為本發明應用後碳纖維材料連續運行十次h2o2產量。

圖6為本發明應用前後碳纖維材料應用於電芬頓體系對四環素的去除效果對比。

圖7為本發明應用前後碳纖維材料應用於電芬頓體系對toc的去除效果對比。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的結構原理和工作原理作詳細敘述。

實施例1；

步驟一；

將0.2g碳納米管顆粒與0.2g聚四氟乙烯混合加入到15ml去離子水中，再加入1ml異丙醇，將溶液超聲10min均勻混合，得到混合溶液a；

步驟二；

將混合溶液a均勻塗刷在清洗去油碳纖維材料的兩面，獲得預處理的碳纖維材料

步驟三；

將步驟二中得到的預處理的碳纖維材料在烘箱溫度為40℃放置4h，然後置於馬弗爐中300℃退火處理1h，即得到所述的碳纖維材料。

實施例2；

步驟一；

將0.2g碳納米管顆粒與0.6g聚四氟乙烯混合加入到20ml去離子水中，再加入2ml異丙醇，將溶液超聲15min均勻混合，得到混合溶液a；

步驟二；

將混合溶液a均勻塗刷在清洗去油碳纖維材料的兩面，獲得預處理的碳纖維材料；

步驟三；

將步驟二中得到的預處理的碳纖維材料在烘箱溫度為60℃放置6h，然後置於馬弗爐中360℃退火處理1h，即得到所述的碳纖維材料。

實施例3；

步驟一；

將0.2g碳納米管顆粒與1.4g聚四氟乙烯混合加入到30ml去離子水中，再加入3ml異丙醇，將溶液超聲20min均勻混合，得到混合溶液a；

步驟二；

將混合溶液a均勻塗刷在清洗去油碳纖維材料的兩面，獲得預處理的碳纖維材料；

步驟三；

將步驟二中得到的預處理的碳纖維材料在烘箱溫度為80℃放置8h，然後置於馬弗爐中360℃退火處理1h，即得到所述的碳纖維材料。

實施例1中獲得的碳纖維的sem圖如圖1所示，作為對照，預處理的碳纖維的sem圖如圖2所示，可以看出實施例所得材料表面負載有大量納米碳顆粒和聚四氟乙烯顆粒，增大了材料的比表面積，增加了材料的反應活性位點。

獲得的碳纖維材料作為陰極，dsa電極為陽極。採用硫酸鈉為電解液，電流100ma，測得h2o2的產量如圖3所示。可以看出該實施例獲得的碳纖維180min的h2o2產量為1055mg/l，預處理的碳纖維的h2o2產量為50mg/l，該實施例獲得的碳纖維約為預處理碳纖維的20倍。該實施例獲得的碳纖維連續運行10次，如圖4所示過氧化氫的產量保持在1000mg/l。預處理碳纖維連續十次運行如圖5，過氧化氫的產量從50mg/l降低為0mg/l。

獲得的碳纖維作為電芬頓系統的電極進行汙染物去除能力的評價，作為催化劑的外加fe2+的濃度為0.4mm,降解含有20mg/l的四環素溶液模擬有機廢水的處理效果如圖6所示。可以看出，該實施例獲得的碳纖維具有更好的去除效果，在40min時四環素的去除率為100％，約為預處理碳纖維材料去除率的6倍。在180min時的toc降解率達到80％，約為預處理碳纖維材料toc降解率的6.5倍。說明本方法有利於顯著提高碳纖維在電芬頓體系中去除汙染物的能力。