一种应用于电芬顿体系阴极的石墨毡活化方法技术

本发明专利技术公开了一种高效可行的电芬顿体系石墨毡阴极的活化处理方法。在该方法中，将石墨毡与氢氧化钠、氢氧化钾等强碱性氧化剂均匀混合，在惰性气氛保护下，经高温处理，可获得活化石墨毡。经本发明专利技术技术活化处理过的石墨毡，作为阴极材料应用于电芬顿体系，能有效提升阴极氧还原生成H2O2反应的电催化活性，显著提高有机污染物的降解能力，而且该活化材料具有优良的稳定性和重复使用性能。本发明专利技术方法，不需使用有毒和易挥发试剂，工艺简单，方便可控，具有较好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种高效可行的电芬顿体系石墨毡阴极的活化处理方法。在该方法中，将石墨毡与氢氧化钠、氢氧化钾等强碱性氧化剂均匀混合，在惰性气氛保护下，经高温处理，可获得活化石墨毡。经本专利技术技术活化处理过的石墨毡，作为阴极材料应用于电芬顿体系，能有效提升阴极氧还原生成H2O2反应的电催化活性，显著提高有机污染物的降解能力，而且该活化材料具有优良的稳定性和重复使用性能。本专利技术方法，不需使用有毒和易挥发试剂，工艺简单，方便可控，具有较好的应用前景。【专利说明】
本专利技术涉及氧还原电催化电极材料的活化处理
，具体涉及到。
技术介绍
电芬顿技术，因其能通过阴极氧还原反应原位生成过氧化氢(H2O2)，与外加的Fe2+反应产生具有强氧化能力的羟基自由基(.0H)，能无选择性的，迅速高效地降解水中有机污染物，引起了人们的广泛关注。 如何实现电芬顿阴极高效地原位生成H2O2，是该技术研究领域的一个关键问题，阴极材料是H2O2高效原位生成的决定性因素。由于碳素类材料具有较好的稳定性、导电性、无毒、析氢电位高，而且对于H2O2的分解催化活性低，而被广泛应用与研究。其中，石墨毡由于比表面积大、稳定性好、易于规模化生产，在电芬顿体系中具有良好的应用前景。通过对石墨毡表面进行改性修饰，可进一步提升其氧还原生成H2O2反应的电催化活性，使其具有更为优良的电芬顿阴极性能。 目前，石墨租的改性处理方法主要有:电化学氧化(ElectrochimicaActa89 (2013) 429-435)、酸处理(Electrochimica Acta 37 (1992) 2459-2465)、贵金属修饰(Electrochimica Acta 52(2007)6755-6762)等，但这些处理方法的效果均不太理想。酸处理，会容易导致电极材料的过氧化而降低其稳定性和寿命。电化学氧化法，由于目前大多使用硫酸作为电解液， 同样也会导致石墨毡纤维表面氧化剧烈，从而降低材料的稳定性和使用寿命。贵金属修饰，需要多次高温烧结，步骤复杂，不容易实现，且大大提高的材料的成本，不适宜于大规模的应用。 因此，如何开发出新型高效、简易可行的石墨毡改性处理方法，提高其氧还原电催化活性，对促进其作为阴极材料，在电芬顿体系中的应用，以及电芬顿有机废水处理技术的实用化进程都具有重要的意义。
技术实现思路
针对改善石墨毡作为电芬顿体系阴极材料时的氧还原电催化活性，本专利技术提出了一种新型高效、简易可行的应用于电芬顿体系阴极的石墨毡活化方法。 本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的，是将石墨毡与强碱性氧化剂均匀混合，在惰性气氛保护下，经高温处理，可获得活化石墨毡材料。 本专利技术的应用于电芬顿体系阴极的石墨毡活化方法，包括以下步骤: I)除油处理: 将石墨毡浸泡于有机溶剂中室温超声清洗30-60分钟，后用去离子水超声清洗除去残留的有机溶剂，干燥，得除油处理石墨毡； 2)活化预处理: 将步骤I)所得的除油后石墨毡浸泡于适量的碱溶液活化，超声处理1-3小时，让碱溶液充分浸润石墨毡；85°C恒温加热，挥发溶剂，析出晶体，将晶体均匀涂覆于石墨毡表面； 3)高温活化处理: 将步骤2)所得的晶体包覆石墨毡材料置于高温炉中，在惰性气氛保护下，升温至7000C -1000°C，恒温处理30min-150min，再降温至室温； 4)洗涤干燥: 将步骤3)处理所得的石墨毡材料，用去离子水浸泡，超声清洗数次，除去石墨毡上残留的碱晶体，真空干燥1-3小时，得活化石墨毡材料。 本专利技术的应用于电芬顿体系阴极的石墨毡活化方法，步骤I)中，所述石墨毡是由微米级尺寸的碳纤维交织而成；所述有机溶剂包含乙醇、丙酮等。 本专利技术的应用于电芬顿体系阴极的石墨毡活化方法，步骤2)中，所述碱溶液采用浓度为0.5-5.0moI/L的NaOH或Κ0Η，所述晶体为NaOH或KOH固体； 本专利技术的应用于电芬顿体系阴极的石墨毡活化方法，步骤3)中，升温的速度为5-10°C /min ;降温的速度为 10_20°C /min。 本专利技术的应用于电芬顿体系阴极的石墨毡活化方法，步骤4)中，真空干燥是在-0.1Mpa, 600C _100 °C温度下进行的。 另外，本专利技术还提出了一种上述应用于电芬顿体系阴极的石墨毡活化方法制备得到的活化石墨毡材料。 进一步，本专利技术的应用于电芬顿体系阴极的石墨毡活化方法的应用，是在电芬顿有机污水处理系统中，所使用的阴极材料为所述活化石墨毡材料。 借由上述技术方案，本专利技术具有下列优点: 1、本专利技术的处理工艺简单，处理过程无需使用有毒、易挥发试剂，便于规模化生产，易于推广应用。 2、通过本专利技术方法所得的活化石墨毡，作为阴极应用到电芬顿系统中，反应活性位点增加和物质传输性能得以改善，具有优良的氧还原电催化活性，从而显著的提高电芬顿法降解水中有机污染物的性能。 3、采用本专利技术方法处理石墨毡，克服了传统的酸处理法控制不当，容易导致石墨毡纤维表面的过氧化而降低材料稳定性的缺点，具有优良的稳定性和重复使用性能。 【专利附图】【附图说明】 图1(A)、图1(B)分别为本专利技术方法活化前后石墨毡材料表面的扫描电镜图(图 1(A)活化前，图1⑶活化后实施例)。 图2(A)、图2(B)分别为本专利技术方法活化前后石墨毡表面接触角的测试结果(图 2(A)活化前，图2 (B)活化后实施例)。 图3为本专利技术方法活化前后石墨毡作为电芬顿体系阴极降解邻苯二甲酸二甲酯(DMP)的效果。 图4为本专利技术活化石墨毡作为电芬顿体系阴极材料的重复使用性能。 【具体实施方式】 本专利技术是将石墨毡与氢氧化钠、氢氧化钾等强碱性氧化剂均匀混合，在惰性气氛保护下，经高温处理，可获得活化石墨毡。本专利技术对于石墨毡的改性处理主要包括:去油处理、活化预处理、高温活化处理、清洗和干燥等工艺过程。 本专利技术实施例所采用石墨毡材料是由微米级尺寸的碳纤维交织而成，为湖南九华碳素高科有限公司生产，厚度为3_。 本专利技术的活化方法具体包括以下步骤: I)除油处理: 将石墨毡浸泡于乙醇、丙酮等有机溶剂中室温超声清洗30-60分钟，后用去离子水超声清洗除去残留的有机溶剂，干燥，得除油处理石墨毡。 2)活化预处理: 将步骤I)所得的除油后石墨毡浸泡于适量的0.5-5.0mol/L的NaOH或KOH溶液中，超声处理1-3小时，让NaOH(KOH)溶液充分浸润石墨毡。恒温加热，挥发溶剂，析出NaOH(KOH)晶体，将晶体均匀涂覆于石墨毡表面。 3)高温活化处理: 将步骤2)所得的N aOH(KOH)包覆的石墨毡材料置于高温炉中，在惰性气氛保护下，以 5-10°C /min 升温至 700°C _1000°C，恒温处理 30min_150min，10-20°C /min 降温至室温。 4)洗涤干燥: 将步骤3)处理所得的石墨毡材料，用去离子水浸泡，超声清洗数次，除去石墨毡上残留的NaOH(KOH)，-0.1Mpa, 60°C _100°C真空干燥1_3小时，得活化石墨毡材料。 本专利技术的活化方法能有效的增加石墨毡表面的结构缺陷，提高材料的比表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于电芬顿体系阴极的石墨毡活化方法，其特征在于：将石墨毡与强碱性氧化剂均匀混合，在惰性气氛保护下，经高温处理，可获得活化石墨毡材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王毅，刘裕辉，宋树芹，刘鸿，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44