[发明专利]铁-单宁酸衍生物修饰石墨毡非均相电芬顿阴极材料、制备方法及应用

说明书

本发明提供一种铁‑单宁酸衍生物修饰石墨毡非均相电芬顿阴极材料的制备方法，包括将石墨毡材料进行预处理，将单宁酸溶液与硝酸铁溶液混合制备成铁‑单宁酸配合物溶液，将石墨毡材料置于铁‑单宁酸配合物溶液中制备获得铁‑单宁酸衍生物修饰石墨毡非均相电芬顿阴极材料；本发明还提供了上述非均相电芬顿阴极材料的应用方法。本发明非均相电芬顿阴极材料由于铁‑单宁酸衍生物的修饰，可提供电芬顿反应的铁源，拓宽了pH应用范围，强化了石墨毡的H₂O₂产生效率和电芬顿的氧化效果；此外，经过热稳定处理的铁‑单宁酸衍生物修饰石墨毡电极使得铁物种与石墨毡电极表面有较强的化学配位作用，缓解了铁物种的沥出现象，电极稳定性得以提高。

技术领域

本发明属于环境功能材料和电芬顿水处理技术领域，具体涉及一种铁-单宁酸衍生物修饰石墨毡非均相电芬顿阴极材料、制备方法及应用。

背景技术

随着我国经济的高速发展，生活水平不断提高，水环境的污染也随之加剧，其污染特点有机污染物的种类及浓度急剧增加，生物风险不断攀升。以多环芳烃（PAHs）、内分泌干扰物（EDCs）、个人护理品（PPCPs）、有机磷阻燃剂（OPEs）为代表的的新兴污染物具有生物难降解、生物累积性、抑制或破坏生命组织的特点，可对生态环境、人体健康造成严重的甚至不可逆的影响。目前，高级氧化技术（AOP）是处理上述高毒性、难降解有机污染的重要手段。其中，电芬顿技术作为一种环境友好的高级氧化技术，在水污染处理中越来越受到业内的青睐。其可以在阴极原位生成H₂O₂，避免了H₂O₂的长距离运输和储存；原位产生的H₂O₂与外加铁源（Fe²⁺）发生芬顿反应产生•OH，从而降解有机污染物；此外，阴极可以实现Fe²⁺的再生，从而减少铁源的投加和铁泥产量。因此电芬顿技术在难降解有机废水处理中有着广泛的应用前景。

尽管如此，传统电芬顿技术仍然面临着应用pH范围窄（pH=2~4）的技术局限，这严重制约电芬顿技术氧化效能及实际工程应用。构建非均相电芬顿催化剂可有效拓宽其应用pH范围。目前普遍认为，在非均相电芬顿催化剂或非均相电芬顿电极表面可以发生Haber-Weiss催化反应，在近中性pH下催化H₂O₂生成•OH，降解有机污染物。专利CN 107601624A提出了一种负载型活性炭纤维电芬顿阴极材料，可以在中性pH条件下对布洛芬的去除率达90%以上。专利CN 111153470A公开了一种碳毡负载钴颗粒的电芬顿阴极材料，也可在较宽的pH应用范围内实现有机污染物的高效去除。虽然关于此方面的研究已取得一定的进展，但是在中性pH条件下电芬顿阴极氧还原产生H₂O₂的效率不足未得到解决。研究表明，氧气在酸性溶液中更容易在阴极表面发生2电子ORR反应，而在中性条件下H₂O₂的产率明显降低。较低的H₂O₂产率会弱化电芬顿反应，不利于污染物的高效降解。因此，如何有效解决拓宽电芬顿应用pH范围与中性pH条件下还原产生H₂O₂效率不足的矛盾至关重要。